谢先启  贾永胜  姚颖康  刘昌邦  孙金山

(武汉爆破有限公司，湖北武汉，430023)

摘要：高架桥总长3500m，由主桥和引道组成，其中主桥长2953．20m。主桥上部构造为先张法预应力混凝土空心板，桥墩为双柱式钢筋混凝土墩，共180排，360根。该桥位于城市主干道上，两侧有大量建筑，并有Ф720mm高压天然气管道等各种市政管线32根从桥下横穿，环境十分复杂。高架桥总体拆除方案为主桥爆破拆除、引道机械拆除，主桥采用一次点火起爆，自中间分别向南北两端对桥墩实施逐排延时爆破，其中南段延时总长24．77s，北段延时总长21．52s。桥体实现完全坍塌，爆破有害效应得到有效控制，各种地下管线安然无恙。

关键词：高架桥；爆破拆除；接力式起爆；有害效应控制

1前言

高架桥具有承载量大、分流速度快、安全可靠等优点，是缓解城市交通压力，提高城市通行效率的有效途径。然而，随着城市化进程的加快，20世纪八九十年代修建的部分高架桥在交通功能、荷载等级和运营安全方面逐渐暴露出各种弊端，给城市的公共安全带来隐患。因此，安全、高效、经济的高架桥拆除技术是城市交通重新规划建设的迫切需要。爆破拆除技术与机械拆除、人工拆除相比较而言，具有对既有交通影响小、安全性高、拆除效率高、工程造价低的优点。已成为城市高架桥拆除首选技术。

沌阳高架桥于1997年建成通车，位于湖北省武汉市经济技术开发区东风大道上，全长3．5km，双向四车道，设计时速40km/h。随着社会经济的发展，汽车保有量的快速增加，现有高架桥已不能满足使用要求，且高架桥中央和两侧未设置隔离墩和防撞墩，存在安全隐患。经技术经济比较研究，决定拆除现有高架桥，对现有道路进行快速化改造。

2 工程慨况

2．1  周边环境

沌阳高架桥自北向南横贯武汉经济开发区，系武汉市西南交通咽喉，高架桥下部有5条城市干道与其相交。周边环境极其复杂：桥体两侧分布有大量居民楼、企事业单位办公楼和工厂厂房；桥体上部横跨110kV高压线，高压铁塔距桥体仅24m；桥体地下分布有Ф720mm高压天然气管道、Ф800mm 自来水管和110kV高压线等各种市政管线共计 32根。高架桥周边环境如图l所示。

2．2桥梁结构

沌阳高架桥总长3500m，由主桥和引道两部分组成，其中主桥长2953．20m，为先简支、后刚构-连续体系，南北引道为重力式混凝土U形挡墙结构：

主桥共22联，联长在128～144m之间，每8～9孔为1联，共181孔，其中18m跨径26孔，16m跨径154孔，15．5m跨径l孔。上部构造除两跨箱梁结构外，均为先张法C40预应力混凝土空心板，全桥不同跨径的预应力混凝土空心板构造相同，高度为80cm，中部空心板宽度为100cm，位于外侧的空心板宽度为247cm，位于高架桥中心线的内侧空心板宽度为220cm。下部构造为隐蔽式钢筋混凝土暗帽梁，梁高90cm，固结墩、单排支座墩顶帽梁宽120cm，双排支座墩顺帽梁宽2×90cm。桥墩为双柱式C30钢筋混凝土墩，全桥墩柱截面尺寸相同，均为55cm×100cm，桥墩基础为C25混凝土扩大基础。

3总体拆除方案

3．1  难点分析

(1)城市高架桥爆破拆除基础理论与设计方法尚不成熟；

(2)该高架桥主桥3000m，一次性爆破拆除业界未有先例；

(3)该高架桥横跨5条城市干道，交通流量大，拆除期间需确保现有道路交通顺畅，施工时交通组织难度大；

(4)桥面地下管网众多，且埋深较浅，须采取周密保护措施，确保管网安全；

(5)作业面长，工程量大，工期紧张，项目管理难度大。

3．2总体方案

根据沌阳高架桥工程结构与周边环境特点，确定沌阳高架桥拟采用机械拆除两端引道、逐排坍塌一次性爆破拆除主桥的总体方案。爆破拆除总体方案包括以下内容：

(1)采用一次点火起爆，自中间(83号、84号、85号桥墩处)逐跨向两端起爆，实现主桥自中间向两端呈多米诺骨牌式逐跨原地坍塌。

(2)爆破飞散物防护采用覆盖防护、近体防护和保护性防护相结合的综合防护措施。

(3)地下管线拟采用铺设钢板、沙袋墙、轮胎等综合减振措施。

4爆破参数设计

4．1墩柱破坏高度

合理选取桥墩爆高是高架桥爆破成功的关键。目前，具有代表性的立柱失稳模型有等直压杆模型和小型刚架模型等。论文基于大量墩柱爆后实际形态的观测分析，提出了更符合实际的裸露钢筋骨架初弯曲压杆失稳力学模型(如图2所示)。

根据初弯曲压杆失稳力学模型计算结果，确定沌阳高架桥墩柱爆高H=3～8m

4．2孔网参数

为准确获得高架桥爆破拆除的炮孔间距、炸药单耗等关键参数，为定量化爆破设计提供理论依据，针对高架桥结构特点，论文在代表性墩柱的1：1物理模型试爆基础上(图3)，合理确定了高架桥墩柱炮孔孔径、最小抵抗线、炮孔间距、炮孔深度和单孔装药量及装药形式等孔网参数(见表1)，墩柱钻孔情况如图4所示。其中，不连续装药采用Ф32mm PVC管为间隔器。

4．3起爆网路

起爆时差直接关系到起爆网路的安全、桥体的塌落形态、触地冲击荷载及塌落振动的大小，是起爆网路设计的重点和难点。由于高架桥爆破拆除工程实例较少，国内外365体育：高架桥爆破拆除接力式起爆网路时差选择的相关理论和方法基本处于空白。论文基于沌阳高架桥1：1单跨物理模型试验塌落形态分析(如图5所示)和数值仿真结果(如图6所示)，确定了250ms导爆管孔外延时接力的起爆网路，即每个炮孔内装一发高段位导爆管雷管Msl6(1020ms)，孔外用低段位导爆管雷管Ms8(250ms)实现排间延期接力传爆。

沌阳高架桥主桥长3000m，一次性爆破拆除其起爆网路长度会达到数千米，其理论总延期时间长达24．77s，给起爆雷管的延期精度、起爆网路的可靠度提出了更高的要求。为此，研发了“宽间距、长延时、互动有序、复式交叉”起爆网路(如图7所示)，并成功应用于沌阳高架桥爆破拆除工程。

5有害效应防控

城市拆除爆破的有害效应主要包括爆破振动、触地冲击与振动、冲击波、飞石、噪声和粉尘等。沌阳高架桥位于人口众多、交通繁忙、建筑物林立、地下管线密布的闹市区，爆破环境异常复杂，有害效应防控是爆破成败的关键。

5．1触地冲击与地下管网防护

为确保地下管线绝对安全，根据管线权属单位要求，决定采取主动减振和被动防护方法对地下管线进行保护。

5．1．1  主动减振

主动减振，即在临近地下管线的桥墩墩柱附近，通过降低墩柱爆破高度，使墩柱上部、帽梁和桥面首先冲击墩柱预留部分，主动形成悬空区，使塌落构件不直接冲击地面，减少桥梁上部结构对地下管线的冲击力的主动减振措施(如图8所示)。

5．1．2被动防护

根据管道用途、材质和埋深不同，针对不同管线采取不同的缓冲降振措施：

(1)对于中压天然气干管，在管道正上方沿管道方向铺设宽2m、厚20cm的沙垫层，沙垫层上铺设宽2m、厚2cm钢板，钢板上再铺设4层废旧汽车轮胎。钢板两侧各铺设1条宽1．5m、高lm的沙袋墙，塌落体冲击力首先由沙袋墙承受，减缓冲击(如图9所示)。

(2)对于给排水管道，采取在管线两侧各铺设一道高0．6m、宽1．5m的沙袋墙的保护措施。

(3)对于电力电信管线，采取先铺设沙垫层和钢板再在管线两侧各铺设一道高0．6m、宽1．5m沙袋墙的防护措施：

各种管线触地冲击防护示意图如图10所示。

5．2飞石防护

根据高架桥墩柱炸药单耗与飞石防护模型实验结果，确定飞石防护由内至外采用3层棉絮、1层竹跳板，立柱底部堆砌一圈1m高沙袋，近体防护采用从桥面两侧护栏向下悬挂2层密目网至地面的综合防护方式 (如图1l所示)。

5．3粉尘控制

城市爆破拆除过程中产生大量的粉尘不仅影响爆破作业人员的健康，污染环境和设备，同时影响城市居民的正常工作与生活。为有效控制沌阳高架桥爆破拆除粉尘，进行了爆炸水雾降尘试验(如图12所示)，探明了水袋尺寸、药包位置、药量和水雾形态之间的相互关系。

根据爆炸水雾降尘试验和理论分析结果，确定沌阳高架桥爆破粉尘综合防护措施为：(1)爆破装药联网前对桥面进行清扫和洒水冲洗；(2)在变电站等敏感地段，在墩柱四周悬挂水袋，利用爆破飞散物击破水袋产生水雾和散落水滴吸附灰尘；(3)在桥面上铺设大型水袋，按lOOm²范围布置1个长6m、宽0．9m、装水高度约0．15m的水袋，采取4个单重为50g的药包起爆方式进行起爆，水袋起爆时间先于桥面塌落时间250ms (如图13所示)。

6爆破效果

沌阳高架桥于2013年5月18日22：00准时起爆，高架桥在24．77 s内成功实现多米诺骨牌式逐排纵向倒塌。爆破后，高架桥桥体塌落充分，塌落姿态平稳，弯道部位未出现侧翻现象，桥体距地面仅30～50cm；邻桥两跨桥体水平张开位移10～20cm，垂向最大错位20~30cm；采用水压爆破的箱梁破碎良好，且无飞散现象，说明各项爆破参数选取合理(如图14所示)。爆破后30min内，技术人员和管线权属单位对周边建筑物和各类市政管线运营情况进行了认真检查，均未出现破坏(如图15所示)，爆破效果良好，爆破取得圆满成功。

参考文献

[1]  武汉爆破有限公司．武汉沌阳高架桥爆破拆除技术设计与施工组织设计[R]．2013．

[2]  武汉爆破有限公司，长江科学院，等．复杂环境下城市超长高架桥精细爆破拆除关键技术与应用[R]．2013．

摘自《中国爆破新进展》