首页 桥梁拆除正文

高架桥爆破拆除

futao 桥梁拆除 2019-05-23 1014 0
川渝拆除17713551981

高架桥爆破拆除

1.1概述

随着社会经济的发展和城市化进程的加快,20世纪八九十年代修建的高架桥在交通功能、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,因而,安全、高效、经济的高架桥拆除技术成为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、拆除效率高和工程造价低的优点,已成为城市高架桥拆除的首选技术。截至目前,国内外已有多座城市高架桥采用爆破方式拆除:2006年衡阳市火车站明翰路高架桥采用钻孔法爆破拆除;2010年青岛市胶州湾高速环太原路立交桥采用钻孔与水压爆破法拆除;2012年3~4月南京城西干道4座高架桥采用钻孔法原地坍塌爆破拆除;2010年澳大利亚首府堪培拉一座预应力钢筋混凝土公路桥采用爆破方法拆除。

虽然拆除爆破技术已广泛地应用于城市高架桥拆除中,但由于桥梁拆除爆破的理论研究远远不能满足工程实践的需要,致使爆破安全事故时常发生,不但造成了人员伤亡、设备损坏,而且给后续处理工作带来了很大的安全隐患。

例如:2009年5月17日,株洲市东区红旗路高架桥在试爆时发生坍塌事故,导致封锁区域外桥体垮塌,24辆车被压在桥底,酿成9人死亡、16人受伤的严重事故。

目前,城市高架桥爆破拆除理论研究尚不成熟,爆破参数选取主要依赖半理论半经验公式,城市高架桥爆破拆除的力学机理、模型试验方法、安全控制措施、环境有害效应的防控措施以及项目管理方法等系统、成套的技术体系尚未形成,而以下问题尤为突出:①爆破参数的量化确定方法;②塌落体触地冲击荷载下地下管线的安全判别以及触地振动的预测方法;③“宽间隔、长延时、长距离”非电起爆网路的施工技术与可靠度评价方法;④爆破粉尘产生的根源、扩散机理以及行之有效的控制方法;⑤大型拆除爆破工程项目管理方法。因此,针对城市高架桥爆破拆除的关键技术问题,采用理论研究、模型试验与工程应目相结合的研究方法,探索城市高架桥爆破拆除的设计与安全评估的量化方法,对于完善“精细化”的爆破拆除技术体系具有重要意义]。

1.2城市高架桥爆破拆除研究现状

1.2.1城市高架桥爆破拆除力学机理研究现状国内外许多学者开展了与高架桥拆除爆破力学机理相关的研究。如Luccioni等以恐怖袭击为背景,用AUTODYN模拟了结构在爆炸荷载下的坍塌过程[];Iribarren等模拟了由于设计不合理或材料劣化导致的结构关键承载构件破坏造成的结构倒塌过程[];Masoero等采用简化的解析方法,分析了框架结构二维连续倒塌过程[];郝晓宁等采用有限元软件LSDYNA对高架桥的倒塌过程及桥体解体破碎情况进行了数值模拟,分析和探讨了拆除爆破中高架桥倒塌数值模型的建立方法[];杨国梁等利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对某公路桥梁的爆破拆除过程进行了数值模拟,再现了爆破拆除过程[0];施富强等依据田庄台辽河公路大桥爆破设计,建立了完善的力学模型,分析了大桥爆破时应控制的关键环节以及爆破振动波在水介质、淤泥介质及岩石介质中的传播规律[];张贤虎等根据衡阳市闹市区高架桥爆破拆除工程,对拆除爆破中高架桥局部失稳与垮塌的力学机制进行了研究[口2]。

数值模拟对于高架桥拆除爆破力学机制研究而言,是一种经济有效的工具;然而,由于高架桥结构形式的多样性以及周边环境的复杂性,众多影响因素很难完全体现在数值模型中,因此,数值模拟结果尚只能作为爆破拆除设计时的参考。能作为施工的依据。

1.2.2城市高架桥爆破拆除模型试验研究现状对于建(构)筑物拆除爆破而言,由于其过程复杂、材料多样,涉及爆炸力学、材料力学、结构力学等多个学科,采用理论分析方法描述结构从局部破坏、失稳、倒塌直至触地解体的全过程存在困难。模型试验方法是一种可靠有效的研究手段,可获得更为准确、合理的设计参数。当前相关研究主要集中在两个方面,即针对爆破过程本身的模型试验和结构倒塌的模型试验。

众多学者开展了爆破工程的模型试验研究。如桑宗其等通过对某坑道出口工程的爆破相似率、动力相似条件及工程岩体爆破破坏机理分析,介第了爆破模型试验的主要相似参数及动力相似问题,讨论了现场爆破模型试验中抛振距离的相似关系国,杨振声等在探讨工程爆破物理过程的基上,分析了儿何相邮律与能量准则成立的条件,并分别针对用室爆破、深孔爆破及水下爆破给出了根据模型相似律建立试验模型的方法以及试验材料的选泽方法吗:王嘉乐等

结合某坑道出口爆破工程,根据工程环境地质条件及坑道儿何参数,青般破相似律确定试验爆破模型参数与爆破试验参数,进行现场爆破模型试验,为坑道出口爆破参数设计提供依据[15];秦绍兵等对井下中深孔爆破进行了模型试验,根据试验结果比选爆破方案,为井下中深孔爆破参数的优化提供了依据16];袁文华等针对煤矿硬岩巷道掘进掏槽效果差、炮眼利用率低的难题,采用混凝土作为相似材料进行不同掏槽方式的模型试验,并分别从掏槽体积、炮眼利用率、破碎块度等方面分析不同掏槽方式的爆破效果[1];周传波等在相似理论基础上,对一次爆破成井的4种天井断面布孔形式进行了室内模型试验,通过对试验结果的综合比较,得出了单螺旋掏槽为最优掏槽方式的结论[1];马建军等根据模型相似律,用小型水泥砂浆模型模拟露天台阶爆破,根据试验结果提出了露天台阶爆破的优化措施,并对模型试验的可靠性进行了分析19];杨海涛等以水泥砂浆试块为试验模型,进行了空气耦合装药及水介质耦合装药爆破试验,分析了不同装药结构下块度的分布规律[20]。上述成果均是针对岩土爆破开展的模型试验研究,目的在于为爆破设计选择参数或优化爆破方案。

针对地震或爆炸荷载下结构倒塌的模型试验也有许多研究成果,如丁阳等基于振动台开展的结构倒塌的试验研究,考虑材料的Bauschinger效应、杆件损伤累积效应、杆件失稳及失稳后性能以及杆件失效与杆件断裂等因素,分析单层柱面网壳结构的倒塌机理[2];彭斌为了验证数值模拟结果,在振动台上进行了砌体结构倒塌的模型试验];凌贤长等开展了1:10模型的液化场地桩-土一桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象[2]。此外,Brian等对某钢结构关键承载构件消失后的倒塌进行了试验研究[];喻君等进行了混凝土梁柱简化结构连续倒塌的模型试验[]。综上所述,目前关于结构倒塌模型试验的主要目的在于识别结构的倒塌机制与动力学过程,这些成果可为拆除爆破结构倒塌的模型试验研究提供借鉴。

1.2.3城市高架桥爆破拆除超大型起爆网路研究现状在拆除爆破中,电雷管、电子雷管、导爆管雷管起爆网路均得到了成功应用。对于电雷管起爆网路,由于雷管段别有限(一般为20个段别)、延期时间短(最大延期时间一般为2s),在大型起爆网路中具有局限性。电子雷管起爆网路,具有延期精度高、分段灵活、延期时间长等特点,但是其延时时间只有15s.且操作复杂。导爆管雷管起爆网路具有操作简单、安全可靠、可实现多段位接力顺序起爆等优点,已广泛应用于拆除爆破工程中。但是,对于超大型爆被拆除起爆网路,其在延时精度、总延期时间和可靠度等方面的要求远高于小般教起爆网路。因此,如何严格控制雷管延时精度与准爆率对于大型拆除爆破至关重要。

对于大型拆除爆破工程而言,除正确选择起爆网路外,还需要对起爆网路的可靠性进行分析。目前主要采用基于模糊数学、运筹学与可靠性理论的分析方法。如孟冲等提出了导爆管起爆网路可靠性的模糊定义,利用模糊概率来定义起爆网路的可靠性,根据大量爆破工程的实际经验和认识,利用已知的条件,推断出合理的函数和参数来计算爆破网路的可靠性[];占学军等运用运筹学中的最小路理论分析法,对复式交叉导爆管起爆网路的可靠度进行了分析和计算,摸索出复式导爆管起爆网路可靠度衰减规律[2];张立国等对导爆管复式交叉起爆网路的可靠性进行了分析,并建立了相关数学模型[28]。此外,众多学者针对非电起爆网路、混联起爆网路以及复杂施工条件下的起爆网路可靠性进行了研究[四]。

1.2.4城市高架桥爆破拆除地下管线防护研究现状城市地下管道是城市的“血管”,是城市基础设施的重要组成部分。拆除爆破过程中,塌落体触地产生的冲击荷载会引起地面下陷,可能会直接造成地下管、网、线等地下构筑物的变形和破坏,从而可能产生通信、电力中断,水管破裂,爆炸、火灾,有毒气体泄漏等灾难,严重威胁人民群众的生命财产安全。因此,对地下管线的安全评估已成为拆除爆破的首要问题,直接影响爆破设计方案与爆破参数的确定。

目前,主要通过简化的解析计算、数值计算以及试验测试等手段定性评估塌落体的冲击荷载以及可能对管线造成的损伤。如叶四桥等通过对五种触地冲击计算方法结果的比较,认为日本道路公团算法与实际更为接近,建议推荐应用[];谭雪刚等以城市高架桥的拆除为例,根据土动力学和Hertz碰撞理论计算校核了塌落体冲击作用的危害程度,并对相应的防护措施提出了建议[];罗艾民等以弹性理论为基础,提出了建筑物塌落体触地最大冲击力的三种计算方法,并以最大冲击力为指标,为冲击防护提供理论依据];刘新波运用土力学相关原理,采用角点法、叠加法求得土体中附加应力,得出了近似评判地下管道安全性的理论判据[8]。

地表冲击荷载下地下管线的安全性判别是一项复杂的工作,不仅要准确估算冲击荷载的能量与冲量,还要考虑不同管线的强度标准,同时还要综合考虑管线埋深、上覆结构物、填埋方式等因素。

1.2.5城市高架桥爆破拆除触地振动规律研究现状城市超大型高架桥爆破拆除引起的振动危害效应包括爆破本身引起的地震效应与桥梁触地振动效应。大量工程实践表明,触地振动远远大于爆破振动,因此城市超大型高架桥爆破拆除的触地振动是振动灾害的主要来源。当前关于

触地振动的研究,主要集中在三个方面:一是根据现场振动测试数据,结合理论分析,拟合或推导测点位置的振动强度峰值;二是采用数值计算方法模拟触地振动下测点位置的振动波形;三是根据现场振动测试的波形记录,预测测点位置的完整振动波形。

对构筑物倒塌触地测点位置振动强度峰值的预测,最早的研究是1979年Heyrrihc通过对大量爆破拆除的监测分析,拟合出了触地振动强度的估算公式[89]A=(1-1)

式中,C为与触地点至测点间岩土介质力学性质相关的常量;A为测点处振动强度的振幅;R为测点至触地点间的距离。

周家汉在量纲分析的基础上,综合考虑塌落体冲量、质量、重心等因素,提出了如下触地振动预测公式[4042],即

=k(号)(1-2)式中,v为测点振速度;k、a为和介质有关的常数;I为塌落体触地冲量,I=M(2Hg)1V2,其中g为重力加速度;R为测点至触地点间的距离。吕淑然通过强夯重锤自由落体冲击土层产生的振动,来模拟塌落体触地产生的振动,在量纲分析的基础上,提出下述公式[],即TMaHC)A(1-3)

0=k R式中,C为介质的纵波速度;其余符号与式(1-2)相同。

此外,王希之等根据能量守恒原理推导出类似塌落体触地振动预测公式[]。

数值模拟方法主要采用商业软件或研究者自行开发的程序模拟土岩介质在爆炸荷载下应力波的传播规律及力学响应特征。如Torano等在进行大量现场测试的基础上,利用有限元法预测测点位置的爆破振动效应[4],在Torano等的研究中,考虑了土岩介质的各向异性、延期时间及每段装药爆炸对震动效应的贡献,并分析了震动效应的随机性;Wu等采用非线性动力有限元软件LS-DYNA模拟了大规模地下爆破的应力波传播规律[46];Chen与Liu等用离散元商业软件UDEC模拟了爆炸应力波在节理岩体中的传播过程及露天矿边坡在爆炸荷载下的动力响应”.]。但是,数值模拟方法计算量大,预测与实测结果间差异较大,并目需要技术人员具备一定的数值模拟经验,不便于工程应用。

“由于单一物理量预报不能提供频率信息,也不能根据预测结果构建反应谱,加之数值模拟方法的局限性,导致了预报完整时间历程方法的产生。如Daeman

=1983年提出以叠加每个炮孔爆破产生的瑞利波脉冲为基础的预测模型];r-on等通过叠加单孔临空爆破波形来模拟多排微差爆破的震动波形;

刘军等把爆炸与触地冲击引起的周边结构振动按传播路径分为两部分:冲击点至结构地基,结构地基至结构内部测点。结构地基的振动采用Anderson模型预测,然后把结构地基的预测波形作为结构振动响应的激励,分别采用传递函数法、振型分解反应谱法与时程分析法预测结构内部测点的振动效应5+];刘军等为了体现冲击点至测点间岩土介质的非线性力学行为,提出了基于Volterra非线性泛函级数的预测模型6]。

综上所述,触地振动效应的模拟、预测是一项非常复杂的工作。目前国内外学者提出的各种模型都侧重于触地振动的某方面信息,或是振动的最大振幅、或是基于统计模型的预报法、或是建立在假设基础上的预报完整时间历程的模型等。在这些方法中,都存在一定的局限性。拆除爆破设计人员迫切需要具备以下功能的触地振动效应的预测模型:对于给定爆破设计方案,能够在爆破施工前即对可能的触地振动效应进行预测;不仅能够预测单一物理量(振动峰值速度、主频等),也能预测完整的振动时间历程及频谱;可以预测待拆除结构周围结构在触地振动作用下的内力,从而便于强度校核;便于工程应用。因此,建立综合、准确、便于工程应用的触地振动效应预报模型还需做大量的工作。

1.2.6城市高架桥爆破拆除工程管理方法研究现状自20世纪60年代初华罗庚教授提出“统筹兼顾,全面安排”的统筹法概念以来,项目管理模式在我国已有几十年的发展与应用。现代项目管理理论与方法,对顺利实现建设工程项目的安全、成本、进度、质量等目标发挥了重要作用。在工程爆破领域,相关学者和技术人员对拆除爆破工程项目的施工组织、安全管理、成本管理、质量管理、进度管理等内容也进行了研究。如仲兆西等结合徐州八一大桥工程实例,阐述了砌石拱结构桥梁爆破拆除过程中的人员组织、机械配置、材料投入、安全警戒管理等管理要点[6];李旭东等结合上海延安东路高架桥机械拆除工程实例,研究了闹市区不封道条件下已有高架桥的机械拆除技术,总结了在高架桥两侧和下方交通正常通行的条件下,对城市桥梁进行安全拆除的一些施工技术和施工管理经验,供类似工程参考[];申振宇等针对拆除爆破不断发生安全事故的现实,提出把拆除爆破视为一个极其复杂的系统工程,用安全系统工程的思想和方法来观察、分析和解决问题,同时分析了各种爆破有害效应的产生、形成规律和危害程度,用系统安全分析的方法,从拆除爆破的各个环节来查找安全事故发生的原因,为了确保拆除爆破达到

“安全、高效、快速、节省”的总体目标,根据系统工程总体最优的思想,提出了切实可行的消除安全隐患的对策[];崔鑫等根据《爆破安全规程

(GB6722-2003),对拆除爆破中的安全管理措施进行了探讨,指出了拆除爆破的安全管理措施主要包括严密可靠的拆除爆破设计方案、有组织的施工管理和严格的过程监控、可靠有效的安全防护措施、突发事件处理预案等几个方面[6];李战军等基于工程爆破拆除工程实践,提出了按照工程项目的施工成本构成控制项目成本的方法,认为爆破拆除工程项目的成本管理仅局限于对工程项目的工、料、机的管理与控制是不够的,为达到理想效果,爆破拆除项目的成本控制应该采取事前控制、事中调控、事后总结改进的全过程成本管理办法[6];蔡伟根据ISO9000系列标准的要求,结合爆破公司质量管理的实际情况,制定了保证爆破质量的管理办法,使爆破施工有序化、规范化,为工程爆破行业推行质量管理提供了重要参考[6];李战军等根据多年的工程实践,总结出了制约爆破拆除项目工期的主要因素和爆破拆除进度管理应注意的问题,指出爆破拆除项目的进度管理应抓住主要制约因素,主次兼顾,措施得当,才能达到预期目的[67.68];吴新霞等阐述了城市建(构)筑物拆除爆破重大危险源辨识的依据、方法和主要类型,并提出相应的控制原则、控制措施及程序,为爆破拆除行业安全管理的系统化、规范化和程序化提供了重要参考[6]。

项目管理是拆除爆破精细化理论的重要内容,直接决定拆除爆破工程的成败。并且随着国民经济的发展、城市化进程的加快,拆除爆破工程项目逐渐呈现出规模庞大、环境复杂、工期紧张、安全风险高和设计理论不成熟等特点,对拆除爆破工程项目管理提出了更高的要求。


推荐阅读:

上海市扬尘污染防治管理办法

建设工程安全生产管理条例

分类标签

保护性拆除

不同梁的不同拆法