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3.5km城市高架橋爆破拆除

2016-01-30 責任編輯:崔瑋娜

謝先啟  賈永勝  姚穎康  劉昌邦  孫金山

(武漢爆破有限公司,湖北武漢,430023)

摘要:高架橋總長3500m,由主橋和引道組成,其中主橋長2953.20m。主橋上部構造為先張法預應力混凝土空心板,橋墩為雙柱式鋼筋混凝土墩,共180排,360根。該橋位于城市主干道上,兩側有大量建筑,并有Ф720mm高壓天然氣管道等各種市政管線32根從橋下橫穿,環境十分復雜。高架橋總體拆除方案為主橋爆破拆除、引道機械拆除,主橋采用一次點火起爆,自中間分別向南北兩端對橋墩實施逐排延時爆破,其中南段延時總長24.77s,北段延時總長21.52s。橋體實現完全坍塌,爆破有害效應得到有效控制,各種地下管線安然無恙。

關鍵詞:高架橋;爆破拆除;接力式起爆;有害效應控制

 

1前言

高架橋具有承載量大、分流速度快、安全可靠等優點,是緩解城市交通壓力,提高城市通行效率的有效途徑。然而,隨著城市化進程的加快,20世紀八九十年代修建的部分高架橋在交通功能、荷載等級和運營安全方面逐漸暴露出各種弊端,給城市的公共安全帶來隱患。因此,安全、高效、經濟的高架橋拆除技術是城市交通重新規劃建設的迫切需要。爆破拆除技術與機械拆除、人工拆除相比較而言,具有對既有交通影響小、安全性高、拆除效率高、工程造價低的優點。已成為城市高架橋拆除首選技術。

沌陽高架橋于1997年建成通車,位于湖北省武漢市經濟技術開發區東風大道上,全長3.5km,雙向四車道,設計時速40km/h。隨著社會經濟的發展,汽車保有量的快速增加,現有高架橋已不能滿足使用要求,且高架橋中央和兩側未設置隔離墩和防撞墩,存在安全隱患。經技術經濟比較研究,決定拆除現有高架橋,對現有道路進行快速化改造。

2 工程慨況

2.1  周邊環境

沌陽高架橋自北向南橫貫武漢經濟開發區,系武漢市西南交通咽喉,高架橋下部有5條城市干道與其相交。周邊環境極其復雜:橋體兩側分布有大量居民樓、企事業單位辦公樓和工廠廠房;橋體上部橫跨110kV高壓線,高壓鐵塔距橋體僅24m;橋體地下分布有Ф720mm高壓天然氣管道、Ф800mm 自來水管和110kV高壓線等各種市政管線共計 32根。高架橋周邊環境如圖l所示。

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2.2橋梁結構

沌陽高架橋總長3500m,由主橋和引道兩部分組成,其中主橋長2953.20m,為先簡支、后剛構-連續體系,南北引道為重力式混凝土U形擋墻結構:

主橋共22聯,聯長在128~144m之間,每8~9孔為1聯,共181孔,其中18m跨徑26孔,16m跨徑154孔,15.5m跨徑l孔。上部構造除兩跨箱梁結構外,均為先張法C40預應力混凝土空心板,全橋不同跨徑的預應力混凝土空心板構造相同,高度為80cm,中部空心板寬度為100cm,位于外側的空心板寬度為247cm,位于高架橋中心線的內側空心板寬度為220cm。下部構造為隱蔽式鋼筋混凝土暗帽梁,梁高90cm,固結墩、單排支座墩頂帽梁寬120cm,雙排支座墩順帽梁寬2×90cm。橋墩為雙柱式C30鋼筋混凝土墩,全橋墩柱截面尺寸相同,均為55cm×100cm,橋墩基礎為C25混凝土擴大基礎。

3總體拆除方案

3.1  難點分析

(1)城市高架橋爆破拆除基礎理論與設計方法尚不成熟;

(2)該高架橋主橋3000m,一次性爆破拆除業界未有先例;

(3)該高架橋橫跨5條城市干道,交通流量大,拆除期間需確,F有道路交通順暢,施工時交通組織難度大;

(4)橋面地下管網眾多,且埋深較淺,須采取周密保護措施,確保管網安全;

(5)作業面長,工程量大,工期緊張,項目管理難度大。

3.2總體方案

根據沌陽高架橋工程結構與周邊環境特點,確定沌陽高架橋擬采用機械拆除兩端引道、逐排坍塌一次性爆破拆除主橋的總體方案。爆破拆除總體方案包括以下內容:

(1)采用一次點火起爆,自中間(83號、84號、85號橋墩處)逐跨向兩端起爆,實現主橋自中間向兩端呈多米諾骨牌式逐跨原地坍塌。

(2)爆破飛散物防護采用覆蓋防護、近體防護和保護性防護相結合的綜合防護措施。

(3)地下管線擬采用鋪設鋼板、沙袋墻、輪胎等綜合減振措施。

4爆破參數設計

4.1墩柱破壞高度

合理選取橋墩爆高是高架橋爆破成功的關鍵。目前,具有代表性的立柱失穩模型有等直壓桿模型和小型剛架模型等。論文基于大量墩柱爆后實際形態的觀測分析,提出了更符合實際的裸露鋼筋骨架初彎曲壓桿失穩力學模型(如圖2所示)。

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根據初彎曲壓桿失穩力學模型計算結果,確定沌陽高架橋墩柱爆高H=3~8m

4.2孔網參數

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為準確獲得高架橋爆破拆除的炮孔間距、炸藥單耗等關鍵參數,為定量化爆破設計提供理論依據,針對高架橋結構特點,論文在代表性墩柱的1:1物理模型試爆基礎上(圖3),合理確定了高架橋墩柱炮孔孔徑、最小抵抗線、炮孔間距、炮孔深度和單孔裝藥量及裝藥形式等孔網參數(見表1),墩柱鉆孔情況如圖4所示。其中,不連續裝藥采用Ф32mm PVC管為間隔器。

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4.3起爆網路

起爆時差直接關系到起爆網路的安全、橋體的塌落形態、觸地沖擊荷載及塌落振動的大小,是起爆網路設計的重點和難點。由于高架橋爆破拆除工程實例較少,國內外關于高架橋爆破拆除接力式起爆網路時差選擇的相關理論和方法基本處于空白。論文基于沌陽高架橋1:1單跨物理模型試驗塌落形態分析(如圖5所示)和數值仿真結果(如圖6所示),確定了250ms導爆管孔外延時接力的起爆網路,即每個炮孔內裝一發高段位導爆管雷管Msl6(1020ms),孔外用低段位導爆管雷管Ms8(250ms)實現排間延期接力傳爆。

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沌陽高架橋主橋長3000m,一次性爆破拆除其起爆網路長度會達到數千米,其理論總延期時間長達24.77s,給起爆雷管的延期精度、起爆網路的可靠度提出了更高的要求。為此,研發了“寬間距、長延時、互動有序、復式交叉”起爆網路(如圖7所示),并成功應用于沌陽高架橋爆破拆除工程。

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5有害效應防控

城市拆除爆破的有害效應主要包括爆破振動、觸地沖擊與振動、沖擊波、飛石、噪聲和粉塵等。沌陽高架橋位于人口眾多、交通繁忙、建筑物林立、地下管線密布的鬧市區,爆破環境異常復雜,有害效應防控是爆破成敗的關鍵。

5.1觸地沖擊與地下管網防護

為確保地下管線絕對安全,根據管線權屬單位要求,決定采取主動減振和被動防護方法對地下管線進行保護。

5.1.1  主動減振

主動減振,即在臨近地下管線的橋墩墩柱附近,通過降低墩柱爆破高度,使墩柱上部、帽梁和橋面首先沖擊墩柱預留部分,主動形成懸空區,使塌落構件不直接沖擊地面,減少橋梁上部結構對地下管線的沖擊力的主動減振措施(如圖8所示)。

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5.1.2被動防護

根據管道用途、材質和埋深不同,針對不同管線采取不同的緩沖降振措施:

(1)對于中壓天然氣干管,在管道正上方沿管道方向鋪設寬2m、厚20cm的沙墊層,沙墊層上鋪設寬2m、厚2cm鋼板,鋼板上再鋪設4層廢舊汽車輪胎。鋼板兩側各鋪設1條寬1.5m、高lm的沙袋墻,塌落體沖擊力首先由沙袋墻承受,減緩沖擊(如圖9所示)。

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(2)對于給排水管道,采取在管線兩側各鋪設一道高0.6m、寬1.5m的沙袋墻的保護措施。

(3)對于電力電信管線,采取先鋪設沙墊層和鋼板再在管線兩側各鋪設一道高0.6m、寬1.5m沙袋墻的防護措施:

各種管線觸地沖擊防護示意圖如圖10所示。

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5.2飛石防護

根據高架橋墩柱炸藥單耗與飛石防護模型實驗結果,確定飛石防護由內至外采用3層棉絮、1層竹跳板,立柱底部堆砌一圈1m高沙袋,近體防護采用從橋面兩側護欄向下懸掛2層密目網至地面的綜合防護方式 (如圖1l所示)。

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5.3粉塵控制

城市爆破拆除過程中產生大量的粉塵不僅影響爆破作業人員的健康,污染環境和設備,同時影響城市居民的正常工作與生活。為有效控制沌陽高架橋爆破拆除粉塵,進行了爆炸水霧降塵試驗(如圖12所示),探明了水袋尺寸、藥包位置、藥量和水霧形態之間的相互關系。

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根據爆炸水霧降塵試驗和理論分析結果,確定沌陽高架橋爆破粉塵綜合防護措施為:(1)爆破裝藥聯網前對橋面進行清掃和灑水沖洗;(2)在變電站等敏感地段,在墩柱四周懸掛水袋,利用爆破飛散物擊破水袋產生水霧和散落水滴吸附灰塵;(3)在橋面上鋪設大型水袋,按lOOm2范圍布置1個長6m、寬0.9m、裝水高度約0.15m的水袋,采取4個單重為50g的藥包起爆方式進行起爆,水袋起爆時間先于橋面塌落時間250ms (如圖13所示)。

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6爆破效果

沌陽高架橋于2013年5月18日22:00準時起爆,高架橋在24.77 s內成功實現多米諾骨牌式逐排縱向倒塌。爆破后,高架橋橋體塌落充分,塌落姿態平穩,彎道部位未出現側翻現象,橋體距地面僅30~50cm;鄰橋兩跨橋體水平張開位移10~20cm,垂向最大錯位20~30cm;采用水壓爆破的箱梁破碎良好,且無飛散現象,說明各項爆破參數選取合理(如圖14所示)。爆破后30min內,技術人員和管線權屬單位對周邊建筑物和各類市政管線運營情況進行了認真檢查,均未出現破壞(如圖15所示),爆破效果良好,爆破取得圓滿成功。

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參考文獻

[1]  武漢爆破有限公司.武漢沌陽高架橋爆破拆除技術設計與施工組織設計[R].2013.

[2]  武漢爆破有限公司,長江科學院,等.復雜環境下城市超長高架橋精細爆破拆除關鍵技術與應用[R].2013.

摘自《中國爆破新進展》


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