爆破施工在天橋拆除中的運用

蔡旭 張家龍

(中交一公局海威工程建設有限公司,北京 101119)

1 工程概況

京珠高速公路初建為雙向四車道,建成初期還能滿足運輸需要,隨著國家經濟和公路交通運輸的迅速發展,車流量越來越大,時常出現擁擠,已不能滿足南北公路交通運輸的需要,因此國家對該路進行擴建,在京珠高速信陽段上方有多座高架橋需要拆除,天橋橫跨高速公路,橋長53-57m,橋臺及拱座鑲嵌于路塹兩側的護坡內,橋梁凈空9-13m。由于車流量大,為加快施工進度,盡快恢復通車,以單座橋為單位,組建多支施工隊伍同時施工,采用控制爆破配合機械人工予以拆除,施工前進行精心設計,做到統籌安排工序、施工流水作業,從全程封閉禁行開始,整個拆除控制在8 小時內完成,8 小時后恢復通行。

2 天橋爆破拆除技術設計

2.1 天橋主體爆破切口設計

根據天橋結構及周邊環境,同時為便于主體坍塌后二次破碎和清理,對斜腿支撐天橋的斜腿、橋面,拱形天橋兩端的縱向支撐墻及橋面進行分區分段延時爆破,使其依次分割坍塌解體。

2.1.1 斜撐天橋的爆破設計

在施工準備時先用風鎬在橋墩和橋面的結合部進行破碎分離,使橋面與橋墩分開,然后用孔內延時方法先對橋梁斜撐及橋面與橋墩結合部進行爆破切口,待橋面坍塌下落中進行橋面分割爆破(圖1)。

圖1 斜腿天橋爆切口剖面示意圖

2.1.2 拱形天橋爆破設計

在拱橋兩端靠近橋臺的拱圈,兩端的縱向支撐墻及橋面鉆孔爆破切口,使主體爆破后向下坍塌。為了利于坍塌、便于破碎,快速氣割分離與清理現場,對拱面、橋面進行分割爆破。采用延時起爆技術,先起爆靠近橋臺兩端的切口,包括拱圈兩端切口、拱圈與橋面兩端縱向支撐墻及橋面兩端切口炮孔,爆后主體下降途中從中心向兩端依次延時起爆橋面切口,對其實施分割爆破(圖2)。

2.2 爆破孔網參數設計

2.2.1 斜撐橋爆破參數設計

圖2 拱形天橋爆破切口示意圖

2.2.1.1 斜撐爆破高度。在斜撐底部與頂部炸開大于斜撐高度三分之二的兩個切口,斜撐底部斷面邊長小于0.80m 段設計一排孔,與橋面結合部斷面邊長為0.80-1.00m 的斜撐設計兩排孔。

2.2.1.2 橋面分割爆破切口寬度。為了利于坍塌解體、便于分割清理,每間隔2m 開一爆破切口,切口寬3m,爆破按梅花形布孔,孔距、排距、孔深按該結構實際厚度(實際抵抗線)確定。

2.2.2 拱形橋爆破參數設計

2.2.2.1 拱圈、縱向墻體爆破切口寬度。為了利于坍塌解體、便于分割清理,根據理論和類似工程經驗,拱面爆破切口寬度應大于該處厚度的2 倍,爆破按梅花形布孔,孔距、排距、孔深按該處實際厚度(實際抵抗線)確定。

2.2.2.2 橋面爆破切口寬度。為了利于坍塌解體、便于分割清理,每間隔2m 開一爆破切口,切口寬3m,爆破按梅花形布孔,孔距、排距、孔深按該結構實際厚度(實際抵抗線)確定(圖3)。

2.3 單孔藥量計算

2.3.1 斜撐單孔藥量設計：斜撐單孔藥量按下式計算。

q=0.35Kb·Kf×Kp·Ah3

式中：

q- 單孔裝藥量(公斤)；

Kb- 破壞程度系數、松動、予裂、切割爆破時取0.8-1.0；要求碎塊散離原位爆破時取2-3；

A- 材料抗力系數,只炸碎混凝土不炸斷鋼筋時取5.0；

Kf- 臨空面修正系數,對混凝土梁柱爆破時取0.5 ；

Kp- 爆破厚度修正系數,當爆破厚度B 小于0.8 米時,Kp=0.9/B；當爆破厚度B 等于或大于0.8 時,Kp=1。

2.3.2 橋面、拱面單孔藥量設計

橋面、拱面單孔藥量按下式計算。

q=K·a·b·B·Kf·Kp·Kx

式中：

q- 為單孔裝藥量(Kg)；

K- 為單位炸藥消耗量(Kg/m3)；

a- 孔距(m)；

b- 排距(m)；

B- 為切口位置的壁厚(m)；

Kf- 為炸藥修正系數；

Kp- 爆破程度修正系數；

Kx- 臨空面修正系數。

根據公式計算,天橋斜撐、橋面及拱面爆破孔網參數見表1。

表1 斜撐和橋面爆破孔網參數表

2.4 起爆網絡設計

2.4.1 起爆器材的選擇

在拆除爆破方法中,經常采用的起爆器材為兩種：

方法一：電起爆器材

主要材料由電雷管材+導電線材+電源等構成電起爆網路。優點：起爆可靠,便于檢查。缺點：容易受到雜散、感應、射頻等電流的影響,可能有不安全因素。起爆雷管的數量受到限制,對電源的要求條件很高。

方法二：塑料導爆管起爆器材

主要材料由塑料導爆管+導爆管雷管+連接件構成起爆網路。優點：抗干擾的性能較好,不會受到任何的電流、電壓影響。而且能夠連接很多種樣式的網路,起爆的雷管數量不受限。缺點：網路不用儀表檢測,因此對工作人員的技術條件要求很高。

這次橋梁爆破拆除工程,防止外來雜散電流、射頻電流及感應電流引起早爆,同時此次準備的起爆雷管數量比較多,所以決定在此次爆破工程中使用非電塑料導爆管起爆系統來進行起爆,確保工程的安全性、可靠與準爆。

2.4.2 網路連接方法

由于此次爆破使用雷管、炸藥量較大,為了減小爆破振動,將采用分段位并延時起爆的技術方法,并將網路連接成為復式接力延時起爆網路。斜撐底層立柱每孔裝兩發瞬發雷管,孔外用瞬發雷管點火擊發；橋面孔內用高段別雷管,爆破切口間(爆區間)低段毫秒雷管接力延時起爆,在主體坍塌途中爆破。起爆順序從斜撐開始,由下至上,橋面從中央開始,依次向兩側延時起爆。為了保證網路的安全性,網絡連接采取非電簇連接方式,將20 發雷管連接成為一個擊發點,沿橋兩側的防護欄,各擊發點連接成為雙管雙路復式起爆網路,并用非電脈沖擊發器或者擊發針擊發起爆(見圖4)。

圖4 雙管雙路復式起爆網路示意圖

2.5 爆破安全設計

2.5.1 預防拒爆措施

產生拒爆的主要原因有：火工品質量原因；炮孔進水會引起導致炸藥、火工品受潮；工作人員操作技術熟練程度問題等因素,對拒爆問題應該采取下面幾種措施防患：

防患措施一：要把握網絡連接技術

起爆網絡連接時爆破員要細心、認真、技術很熟練,不是專業人員和技術不熟練的爆破員不參與連接,以保證起爆網路的可靠性。

防患措施二：要把握火工品質量

拆除工程的爆破火工品應該使用相同廠、相同批次、相同型號的產品。在裝藥之前要對炸藥火工品的性能進行試驗,其中包括雷管的起爆能、延時時間、炸藥的爆炸力度等,試驗后確定性能良好才可以使用。

2.5.2 防止早爆的措施方法

為了防止早爆的發生,應用非電起爆網路進行起爆。采用電雷管擊發非電起爆網路進行起爆時,要選用絕緣性好的導電線,敷設線路時要注意導線繞圈；點火擊發器或者擊發針待清場完畢后、具備起爆條件的時候,要提前十分鐘連接到擊發點。

2.5.3 飛石的控制措施

2.5.3.1 控制爆破小數飛石的最大飛行距離,應根據lundborg 統計的規律,結合工程爆破施工的實際經驗,擬爆工程藥孔爆破飛石飛行距離由下式進行計算：

Rmax=KT·K·D

式中：

R max - 最大飛石距離,m；

KT- 與爆破方式、填塞長度、地質地形條件有關的系數,廠房等控制爆破KT 取1.2-1.5(鋼筋混凝土取大值,磚結構取小值)；

K- 炸藥單耗,kg/m3；

D- 藥孔直徑,mm。

此次爆破KT 取1.5；K 取(1.0-1.5),此次按取1.5 計算；D去36mm,將以上數據帶入公式中計算得：Rmax=81m。

2.5.3.2 飛石的防護措施

爆破構件的裝藥位置,要用草袋、竹笆或鐵絲網進行遮擋,內層要用草袋遮檔,外層要用竹笆或鐵絲網進行防護,最后用鐵絲固定好,用這個防護措施進行防護后,可以將飛石控制在15m 范圍內(圖5、圖6)。

圖5 斜撐防護示意圖

圖6 立面支撐墻體防護示意圖

3 施工方案

3.1 拆除天橋上的廣告牌及防護網(圖7)。

圖7 拆除天橋上的廣告牌

3.2 協同路政、交警對京港澳高速信陽- 靈山段實施臨時封閉交通,引導過往車輛在大廣高速、107 國道或229 省道分流。

3.3 拆除天橋南北兩側各20m 范圍內的波形護欄,并設置警戒線,所有機械進場整齊停靠路邊等候,安全人員擺放反光錐、反光提示牌、進行安全警示,疏通人員并指揮車輛通行。安全警戒人員到位確保施工安全,天橋路口提前拉警戒進行封路,在封路時令下達后橋下距工作面200 米處擺放反光路錐、反光提示牌、進行安全警示,禁止車輛進入。

3.4 鋪設緩沖層：天橋南北兩側各10m 范圍內鋪設彩條布(防止土方污染瀝青路面),然后攤鋪土方,覆土進行點面結合,裝載機推平散鋪厚度在30cm,天橋正下方堆放高度為1m。并在橋下敷設2 層輪胎,斜腿與橋面結合處、中央隔離帶上(先鋪4cm 后鋼板)鋪3 層輪胎。中央隔離帶注意保護此處通訊管線(圖8)。

圖8 鋪設緩沖層平面圖

3.5 鉆爆施工

3.5.1 道路禁行前施工準備

3.5.1.1 搭設施工平臺、劃分爆破區域、標孔。人員設備進場后,在禁行前,鉆孔施工組應根據施工需要,用架子管搭設施工平臺,為鉆孔時工作準備；技術組應按設計在橋上劃分爆破區、標注鉆孔位置,并標明孔間距、排距、孔深等孔網參數。

3.5.1.2 按技術設計進行爆破前的鉆爆施工準備(鉆孔、裝藥、防護及局部網絡連接)。

3.5.1.3 按技術設計準備好道路防護鋪墊材料(草簾、沙土、黃土等),并將防護材料裝好車停放于橋下道路兩側,以便爭取防護時間。

3.5.1.4 破碎機械、挖掘機、運輸用平板車、垃圾車裝好土(路面防護用),裝車用鏟車,吊車等；氣割用氧氣瓶、燃氣瓶等,以上物資設備于爆破前一天到位,存放于安全警戒線外待命,主體爆破后立刻進場投入施工。

3.5.2 道路禁行后施工

3.5.2.1 按設計用草簾、沙土、黃土等對橋下高速公路路面進行防護。

3.5.2.2 橋體爆破主網絡連接、警戒、爆破,并進行爆后安全檢查(爆破15 分后進行)。

3.5.2.3 主體爆破坍塌,經檢查情況正常后,破碎機械迅速進場對分割爆破切口處進行二次破碎。

3.5.2.4 氣割工進場對切口處鋼筋進行切割分離。

3.5.2.5 用吊車配合將分割開的路面進行吊運清理(周邊有場地時,將其吊到路邊二次破碎后清除；周邊無場地時,直接將其吊到平板車上拉出破碎處理)。

3.5.2.6 用鏟車配合裝車,人工配合清除路面上黃土等防護材料。

3.5.2.7 對道路進行檢查,符合通行條件時可放行通車。

4 結論

天橋經爆破后整體全部落于緩沖層上,爆破處鋼筋外露,便于機械及氣割施工,為天橋分隔成小塊清除出高速公路范圍節約了時間,從道路禁行開始至爆破清理結束用時7 小時30 分,控制在8 小時內。全線三十多座天橋同時拆除未出一起安全事故,因此爆破加機械拆除的方法能滿足施工要求,且安全可靠。