橫跨公路長渡槽精細爆破拆除

陳際經

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南郴州市 423037)

橫跨公路長渡槽精細爆破拆除

陳際經

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南郴州市 423037)

針對位于交通要道上方渡槽爆破拆除工程的特點和要求，引入精細爆破的理念，通過現場試爆，采取了定量化的爆破設計和精心的爆破施工，大大減少了爆破防護工作量，對起爆網路的可靠性、炸藥爆炸能量釋放與介質破碎、拋擲等過程進行精密控制，爆破效果良好。

精細爆破;整體爆破;起爆網路;渡槽拆除

1 工程概況

湖南省桂陽縣城郊鄉全義村迎春渡槽建于1970年代，建成后一直沒有使用，結構穩固性良好。該渡槽橫跨縣級X090公路，進入郴州卷煙廠煙草倉庫內，目前該煙草倉庫因建設需要須將其拆除。

渡槽為雙肋拱U型薄殼渡槽，南北走向，全長152 m，拱肋跨度20.0 m，矢跨比為1∶6，渡槽橋面寬1.73 m，渡槽整體高10.0 m。渡槽中部由5跨結構為雙拱肋的拱圈支撐，兩拱肋之間每隔一定距離在拱上支撐渡槽槽身部位的圓形立柱排架下面位置設置4根橫系粱，拱圈外邊緣的距離1.6 m，拱肋截面橫向寬0.30 m，徑向厚0.50 m，其截面上下方沿拱肋縱向各布置了2根直徑為10 mm的熱軋Ⅰ級鋼筋，渡槽兩端由一系列2根直徑為0.30 m的鋼筋混凝土組合園立柱排架支撐。

渡槽周圍離煙草專賣局石棉瓦屋面倉庫最近處8 m，橫跨公路拱的北側有電信光纜從渡槽拱柱中間穿過，爆破前由電信部門改為渡槽上方通過。在渡槽下方X090公路的南側有軍事光纜從出露地面的接線盒蓋板下面經過。渡槽周邊環境如圖1所示。

2 爆破技術方案設計

渡槽橫跨的公路為交通要道，從爆破警戒開始到清完碴的時間不宜過長，渡槽的拆除可采取爆破加機械分次拆除方案或者整體爆破一次坐塌方案。前者先用爆破方式拆除渡槽橫跨公路的中央部分，其余部分再用機械拆除，雖然該方案爆破的炸藥量小，但是由于渡槽中央部分爆破拆除后，其相鄰部位拱肋的拱腳失去了原有的水平約束力，穩定性變差，會給公路清碴和渡槽后續拆除工作帶來安全威脅。因此，采用對渡槽整體爆破一次坐塌方案較為穩妥。

圖1 渡槽周邊環境示意

2.1 爆破拆除力學原理

渡槽的肋拱式拱圈為鋼筋混凝土承重結構，在渡槽肋拱腳和拱頂中心分別進行松動和加強松動爆破。在肋拱頂中心加強松動爆破可以避免每跨拱爆破時其兩端肋拱腳斷裂下落插于土中獲得水平推力，形成二次不到拱;也可使每跨肋拱頂內的鋼筋在爆破后不能形成帶約束的鉸鏈作用，使得跨渡槽兩半邊拱肋在爆破瞬間形成以拱腳為支點的轉動機構，達到快速下落破碎充分的目的。

為了保證渡槽橫跨公路的中央跨部分在爆破時能可靠跨塌，用人工在肋拱腳和拱頂松動爆破部位上對應的U型薄殼槽身處開1條寬度不少于200 mm的切割縫，肋拱腳爆破部位距拱肋插于墩帽處的水平距離為2 m。拱肋爆破瞬間受力情況如圖2所示，則爆破瞬間拱腳上端鋼筋受到的拉應力σ為:

式中:σ——拱肋鋼筋受到的拉應力，N/mm2;

F——鋼筋受到的拉力，N;

S——鋼筋截面積，mm2;

P1、P2——拱肋受到的壓力，均為 4 ×9.8 ×103N;

l1、l2——壓力 P1、P2對應的力臂，m;

h——拱肋截面高，m。

圖2 拱肋爆破瞬間受力示意

可以看出爆破瞬間拱肋上端鋼筋受到的拉應力σ遠遠大于熱軋Ⅰ級鋼筋抗拉強度σb=3.70×102N/mm2，故渡槽中央跨會快速失穩坐塌。渡槽其余四跨拱肋也按上述方法進行爆破，拱肋之間及渡槽兩端的圓形立柱的根部打眼進行松動爆破，因渡槽中央跨渡槽身經人工預先開切割縫，在渡槽整體一次性爆破爆破時，其相鄰跨的渡槽就會因無水平力的牽制而倒向公路的外側，可以減少公路清碴工作量，減少堵車時間。

2.2 試爆確定爆破參數

爆破前對拱肋橫系梁打了2個試爆孔，分別裝入2#巖石乳化炸藥50，75 g，炮泥堵孔，炮孔不加任何覆蓋。試爆發現裝藥多的一孔飛石距離較遠，最遠達8 m，前者可作為單孔松動爆破裝藥量的設計依據。拱肋橫系梁試爆效果如圖3所示。

圖3 拱肋橫系梁試爆效果

根據拱肋橫系梁試爆情況，在拱肋縱向中心面和立柱布置單排炮孔，按照爆破拆除力學原理的要求，對渡槽爆破部位的藥量進行適當調整，渡槽立柱和拱肋爆破參數見表1。

表1 渡槽立柱和拱肋爆破參數

采用電雷管起爆網路，每個孔裝2發并聯瞬發電雷管起爆炸藥，然后再串聯在一起。爆前在野外采用等效電阻模擬起爆網路進行空爆試驗，采用CHA－500型高能脈沖起爆器引爆電爆網路成功。

3 爆破安全措施

3.1 爆破飛石

式中:v——爆破飛石初速度，m/s;

H——爆破部位離地高度，m;

g ——重力加速度，9.8 m/s2。

經過多次控制爆破飛石速度測算，其速度v很難突破50 m/s，橫跨公路拱肋頂部高度H為6 m，代入公式(2)計算得出本次爆破最大飛石距離L為55.33 m，則人員的爆破安全警戒半徑取100 m，爆破時警戒半徑內的人員必須撤離到安全地點。離煙

由于拱肋腳的爆破采用松動爆破藥量裝藥，導致拱肋頂部炮孔抵抗線上厚下薄，爆破時不會出現飛石上沖現象，忽略空氣阻力，可以按物體平拋運動公式(2)來計算飛石飛行距離。草專賣局石棉瓦屋面倉庫最近的渡槽拱肋頂部爆破適當減少裝藥量，單孔裝藥量取50 g，所有炮孔用10層編織袋覆蓋以阻擋飛石。

3.2 爆破沖擊波

爆破沖擊波的強弱與一次起爆的藥量、沖擊波經過的距離、藥量的分散性、炮孔響炮的時間間隔和防護形式等有關，因此，應主要控制單孔起爆的藥量。一般來說，采用松動爆破所產生的沖擊波不會對建筑物造成破壞，地面建筑物的玻璃是遭爆破沖擊波破壞的最薄弱部位。本次爆破全部按加強爆破產生的沖擊波對玻璃不造成破壞的安全距離可以采用公式(3)來計算，由式(3)得出，該安全距離為3.3 m，所以該渡槽爆破沖擊波對于建筑物沒有破壞作用。

式中:Q——裝藥量，kg;

R——玻璃安全距離，m。

3.3 爆破振動

炸藥爆破所產生的地面質點振動速度V按公式(4)計算:

式中:V——質點振動速度，cm/s;

k1——修正系數，采用單孔少藥量k1=0.25;

k，α——與爆破條件、巖石特性等有關的系數，這里按中硬巖石取k，α值分別為50，2.0;

Q——炮孔齊發爆破的總藥量，kg;

R——爆心距，取最小值8 m。

計算得出，最大的爆破振動速度 Vmax為0.96 cm/s，遠小于一般磚房允許振速2 cm/s，故爆破震動安全。同時，根據類似工程經驗，渡槽在爆破過程中會自行解體，落地沖擊振動是非常小的，不會對周圍建筑物造成危害。爆破前在公路有軍事光纜的渡槽下方堆一卡車黃土，則在渡槽坐塌時產生的緩沖作用不會震壞軍事光纜。

4 爆破效果

2009年7月25日下午5∶48時，桂陽縣城郊鄉全義村150多米長的迎春渡槽成功地進行了坐塌控制爆破。由于事先對橫跨公路的渡槽身部分爆前進行預切割，渡槽位于公路兩側的園立柱排架在爆破過程中均倒向遠離公路的一側。本次爆破飛石最遠距離控制在15 m以內，倉庫玻璃和石棉瓦沒有損壞，電信和軍事光纜完好無損，僅于渡槽附近10 m左右的煙廠倉庫門衛值班室(待拆除不必防護)窗子玻璃被飛石打壞2個洞。本次爆破實際裝藥孔為128孔，每個孔裝2發并聯的瞬發電雷管，孔與孔間的并聯電雷管采用48絲銅芯膠質線(每百米雙絞線單線電阻7Ω)串聯，采用CHA－500型高能脈沖起爆器起爆無拒爆現象發生，總起爆藥量約10 kg 2#巖石乳化炸藥。

本次爆破引入了精細爆破的理念，通過現場試爆，采取了定量化的爆破設計和精心的爆破施工，大大減少了爆破防護工作量;對起爆網路的可靠性、炸藥爆炸能量釋放與介質破碎、拋擲等過程進行精密控制，爆破拆除效果較好。整個爆破拆除工程用工16人，僅花了2 d就全部完成，爆破后清通公路上面渡槽垮落下來的碴塊只用了20 min，且由于爆破時間選在交通低峰時段，所造成的交通堵塞影響不大。

[1] 劉殿中.工程爆破實用手冊[M].北京:冶金工業出版社，1999.

[2] 董振華，劉新波，齊世福.淺談城市拆除爆破中的公害及防護[J].采礦技術，2010，10(2):86 －87.

[3] 李建強.132 m 渡槽爆破拆除[J].爆破，2010，(2):71 －102.

2011－02－23)

陳際經(1958－)，男，廣西全州人，高級工程師，注冊高級爆破工程師，主要從事采礦工藝和爆破應用研究。