復雜環境下鋼筋混凝土箱形拱橋的拆除爆破技術研究

王守偉

（重慶市公安局，重慶 401147）

1 工程概況

巫溪大橋位于重慶市省道S102巫溪縣渝巫路K488+237處，跨越大寧河，是一座懸鏈線混凝土雙曲拱橋，實測橋梁全長133.20m，該橋設12孔腹孔，主拱圈線形為懸鏈線，混凝土雙曲拱橋，凈跨110m，矢跨比1/8，拱軸系數為4.328，橋面凈寬7+2×0.75m。

大橋主跨由六片拱肋組成，拱肋間設有鋼筋混凝土橫聯。橋面分三段，分別為空心板段（長39.55m），Π型梁段（長34m），空心板段（長53.75m），大橋左岸有14m引橋，右岸有3.65m橋臺。待拆除橋梁如圖1所示。

大橋右岸橋頭兩側與房屋緊鄰，均為磚混結構，最近處相隔僅1.8m。右岸橋頭東側20m為交通局路政大隊，橋臺基礎與路政大隊房屋基礎位于同一基巖上。大橋上游平行5m遠處，有架空過江污水管，管徑為20cm，與橋面垂直高差8m。爆破要求周邊建構筑物不受損壞，且垮塌后不得影響阻斷水流，形成堰塞湖。

圖1 待拆除橋梁

2 爆破拆除方案

2.1 爆破技術難點

待拆大橋最近僅1.8m處為磚混結構房屋，上游5m處為平行于待拆大橋的污水管道及其便橋，如何確保不對房屋和污水

待拆大橋中間Π形梁段橋面位于河道上方，如何有效控制爆渣塊度、實現粉碎性爆破拆除，避免垮塌后爆堆，阻斷河道形成堰塞湖，是難點二；

巫溪側橋臺基礎與旁邊路政大隊房屋基礎位于同一基巖上，如何保證主拱拱腳爆破及坍塌時不對基巖產生影響，是難點三。

2.2 爆破總體方案

大橋拱肋和橋面等均為鋼筋混凝土結構，采用淺孔爆破方式。

爆破拆除部分為主拱及大橋中間Π形梁段橋面，其中Π形梁段橋面爆破拆除實心部分由橋面直接鉆孔至拱肋內部，空心部分采用水壓爆破[1-2]。

由于巫溪側橋臺基礎與旁邊路政大隊房屋基礎位于同一基巖上，大橋右岸拱腳爆破分兩部分，首先在拱腳根部采用弱松動爆破（混凝土破碎未脫籠，避免損傷拱腳基巖），形成1m寬力學鉸（類似櫥柜門的“鉸鏈”），在大橋中間段爆破后，使得剩余結構有圍繞“鉸鏈”向中部傾倒的趨勢；在“鉸鏈”上，沿拱肋5～10m位置，再采用完全爆破方式（混凝土粉碎，脫離鋼筋籠）布孔，在“鉸鏈”位置起爆750ms后，最后起爆。

大橋左岸拱腳采用粉碎爆破方式拆除第一腹孔和第二腹孔橋拱。

2.3 爆破參數設計

（1）橋面、拱肋

①鉆孔直徑D=42mm；②最小抵抗線W=B/2（B為拱肋厚度）；③孔間距a=0.9B；④孔深：橋面：主要是Π形梁部分，由橋面直接鉆至拱肋內部，拱肋底部保留0.3m，炮孔深度在2.1～2.8m；拱肋：主要分布于主拱拱腳，孔深1.62m。⑤拱肋主要采用間隔裝藥，炸藥單耗2.2kg/m3，單藥包藥量100g。拱腳“鉸鏈”位置，炸藥單耗1.0kg/m3，單藥包藥量50g。

（2）橋拱

橋拱桁式構件的形狀為長方形柱體，其內腔為長方體空腔，其壁厚10～18cm，根據實際條件，炸藥放在方形空腔內，如圖2所示，采用水壓爆破[3-6]。

圖2 水壓爆破模型示意圖

考慮長筒形結構物形狀尺寸，可按下列公式計算：

式中：Q為裝藥量，kg；Kb為與爆破方式有關的系數，敞口爆破時，Kb=0.9～1.2，閉口爆破時，Kb=0.7～1.0，取1.0；Kc為結構物材質系數，對于鋼筋混凝土，Kc=0.5～1.0，取1.0；Kd為結構調整系數，對于矩形截面，Kd=0.85～1.0，取1.0；δ為結構物壁厚，m；B為結構物內徑（圓形）或邊長（矩形），m；L為結構物的長度或高度，m。

由于空心部分寬1.05m，最高1.09m，最低0.28m，所以裝藥藥包間隔1m，以中間線為起點，0～6m裝藥200g，6～12m，裝藥300g，12～17m，裝藥400g。

橋面、拱肋布孔及裝藥結構如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 Π形梁段橋面布孔剖面圖（cm）

圖4 炮孔分布圖（cm）

圖5 拱肋布孔圖（cm）

圖6 拱肋裝藥圖（拱上，cm）

2.4 爆破網路設計

根據總體方案設計，為實現橋梁按照設計方式安全垮塌，同時控制爆破產生的震動、飛石等的不利影響，采取一次點火、分段起爆的總體起爆方案，橋上部結構與下部結構同時起爆。起爆順序由橋中間向橋兩端起爆，段別從低到高。起爆網路系統前端的導爆管雷管分兩級簇聯，簇聯的引爆雷管用瞬發電雷管起爆，孔深超過1m的炮孔，采用間隔裝藥，藥包間用導爆索連接[2-6]。

該項目采用的毫秒導爆管雷管為：MS1、MS3、MS5、MS7、MS13段（圖7）。

圖7 段別分布圖

3 爆破安全校核與防護

3.1 爆破地震有害效應安全驗算

《爆破安全規程》（GB6722-2014）[6]規定，評價爆破對不同類型建（構）筑物和其它保護對象的振動影響，應采用質點振動速度作為判別標準。爆破時引起的建筑物地面質點的振動速度V可按下式計算：

式中：Q為單段最大藥量，kg；R為爆心距，m；K、a為受地形、地質條件影響的系數，對于本拆除爆破取K=50，a=1.5。

該工程重點保護對象為左岸兩側民房，該工程最大齊爆藥量位于橋中間，齊爆藥量456kg，與最近民房直線距離約70m，計算得V1=1.8cm/s；左岸拱腳MS5段先起爆，齊爆炮孔6個，單孔藥量120g，齊爆藥量0.72kg，爆破中心點與最近民房直線距離約8m，計算得V2=1.8cm/s；右岸拱腳MS5段齊爆藥量6kg，該位置爆破中心點距離路政大隊房屋直線30m，計算得V3=0.7cm/s；以上數據均滿足一般民用建筑抗震要求，且對于拆除爆破，爆破體與被保護對象非直接接觸，振動波經地面傳播后，會有很大的衰減，所以爆破引起的民房位置振動實際會遠小于1.8cm/s。

3.2 飛石對人員的安全距離

爆破飛石距離（L）與單耗（q）的關系為

依照爆破大橋最大所需炸藥單耗q=2.2kg/m3，可以計算得L=110m。

3.3 觸地震動安全校核

大橋塌落觸地沖擊震動速度由下式計算[7]：

式中：Vt為塌落引起的地面振動速度，cm/s；M為下落構件的質量，該工程中為主拱及其上部結構質量，M≈2000t；g為重力加速度，取為9.8m/s2；H為構件的高度，該工程中H=15m；σ為地面介質的破壞強度，取為10MPa；R為觀測點至沖擊地面中心的距離，該工程R＝50m；Kt為塌落振動速度衰減系數，參考類似工程，Kt=1.1；β為塌落振動速度衰減指數，一般取-1.66～1.80，參考類似工程，該工程中β=-1.66。

由公式（4）計算得大橋垮塌后造成的爆破振速為Vt=0.5cm/s。該值小于《爆破安全規程》（GB6722-2014）[6]規定的磚混結構建筑的安全振動速度最小允許值2.0cm/s（主振頻率＜10Hz）。

3.4 安全防護措施

根據現場爆破特點及爆破安全控制要求，現場安全防護措施如下：

（1）在橋體裝藥部位采用竹跳板+鋼絲網包裹，橋面和橋拱裝藥部位鋪沙袋[3-4]；（2）污水管道用竹跳板覆蓋，支撐立柱下部堆渣，與原墩座持平，并鋪輪胎；（3）大橋左岸上游方向民房爆破前將違章建筑部分和人行道拆除，下游方向民房在底部支撐柱間修建鋼筋混凝土剪力墻，并在外圍搭設防護架；（4）左岸第一腹孔拱腳兩側與緊臨的民房之間采取減震孔[5-6]，盡量降低爆破對民房的擾動。

圖8 橋梁爆破過程及爆破效果

4 爆破效果

該橋梁于2017年5月24日上午10時起爆。爆破后，大橋按照設計完全垮塌，主要爆破點均按設計要求準爆，“鉸鏈”的設置起到了較好的作用，爆破過程及效果如圖8所示。飛石得到了有效控制，爆堆落地飛濺最大距離5m，保證了相鄰房屋的安全，跨江部分爆渣未阻礙航道。在兩橋頭兩側房屋、污水管道等位置布設了8個測振點，各測點距爆源最近距離為1.2～20m，測得最大振動速度幅值為1.59cm/s，小于規范中規定的安全振速值2.0cm/s。

5 主要創新點及應用

（1）通過水壓爆破和淺孔控制爆破相結合，有效控制了爆破產生的有害效應，避免了對周邊的建構筑物和設施設備造成危害；實現了粉碎性爆破拆除，避免爆渣堵塞河道；

（2）創造性地采用了“力學鉸”的設計原理，避免大橋爆破及坍塌過程中，對其位于同一基巖的房屋基礎產生擾動和破壞。

該爆破拆除技術可廣泛應用于通航航道、城市市區等復雜環境下的橋梁爆破拆除，為類似項目提供了可靠的爆破設計和施工參考。