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高架桥非电导爆管接力式起爆网路设计方法

futao 桥梁拆除 2019-05-23 699 0
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高架桥非电导爆管接力式起爆网路设计方法

1非电导爆管特性

导爆管也称Nonel管,是导爆管起爆网路的基本元件。它是用高压聚乙烯制成的一种外径3mm、内径1.5mm的空心塑料软管。管的内壁喷有一层薄薄的黑索金或者奥克托金和敏化剂、少量的硬脂酸等为主要原料的粉状混合炸药,药量为16~20mg/m,其传爆原理是导爆管受到外部冲击能作用时,在导爆管内产生爆轰冲击波。由于爆轰冲击波在管内的管道效应,导爆管腔壁上的猛炸药产生极快的化学反应,反应释放的能量补充冲击波传播过程的能量损失,使冲击波大约以1700~2000m/s的速度稳定传播,以此冲击波来激发与其联接的雷管的爆炸,从而引爆炸药[]。

导爆管源于瑞典诺贝尔炸药公司(Nitro Nobel Company)于1973年提出的非电起爆系统(Nonelectric Initiating System),“非电”的含义包括如下内容:

起爆导爆管只要有冲击能就可以引爆,不需要用电;起爆系统不受电场干扰;导爆管传爆过程中靠爆轰波传爆而不是像电雷管一样需要电流传递。导爆管雷管按延时精度可分为普通导爆管雷管和高精度导爆管雷管。

5.2.1.1普通导爆管雷管

工程爆破中,普通导爆管雷管具有成本低、使用方便等特点,毫秒导爆管雷管的段别与延期时间如表5-1所示,1/4s、半秒及秒导爆管雷管段别与延期时间如表5-2所示,其中毫秒导爆管雷管(第一系列)的延期时间与误差如表5-3所示。

表5-1毫秒导爆管雷管的段别与延期时间

表5-1毫秒导爆管雷管的段别与延期时间

表5-21/4s、半秒及秒导爆管雷管段别与延期时间

表5-21/4s、半秒及秒导爆管雷管段别与延期时间

表5-3毫秒延期雷管时间精度标准(第一系列)

表5-3毫秒延期雷管时间精度标准(第一系列)

5.2.1.2高精度导爆管雷管

1)Exel?系列高精度导爆管雷管技术特性导爆管:双层复合导爆管(Exel?管+PE覆层),抗冲击、耐摩擦,抗拉强度高达45kgf0;耐高、低温,在一40~80℃温度条件下保持完好的起爆性能;强度适中,不缠绕、不打结;涂药均匀,管壁不易击穿;抗静电、杂散电流,避免一切静电危害;传爆速度稳定(2000m/s);不同颜色标识,便于区分。

2)雷管系列及延期时间

雷管分为Exel?SDD地表延期导爆管雷管系列;Exel?Ms毫秒导爆管雷管系列;Exel?LP长延期导爆管雷管系列。

Exel?SDD地表延期雷管特性:用于联接孔外导爆管,以实现“逐孔起爆”。Exel?SDD地表延期雷管的标准延期时间如表5-4所示。

表5-4Exel?SDD地表延期雷管标准延期时间

表5-4Exel?SDD地表延期雷管标准延期时间

Exel?Ms毫秒导爆管雷管特性:Exel?Ms毫秒延期雷管段别延期时间如表5-5所示。

表5-5 Exel?Ms毫秒延期雷管段别及名义延期时间

表5-5 Exel?Ms毫秒延期雷管段别及名义延期时间

①1kgf=9.80665N,下同。

续表

续表

Exel?LP长延期导爆管雷管特性:Exel?LP长延期雷管段别及名义延期时间如表5-6所示。

表5-6Exel?LP长延期雷管段别及名义延期时间

表5-6Exel?LP长延期雷管段别及名义延期时间

5.2.2非电导爆管网路基本连接方式非电导爆管起爆网路基本连接方式大体有五种[6]:

(1)簇联,俗称“一把抓”。它是将炮孔中的毫秒雷管塑料导爆管并在一处用传爆雷管、导爆索或连通管传爆的一种常用联接方式。一般情况下,一发传爆雷管可以引爆50根塑料导爆管,这是电爆网路中并联方法无法比拟的。

(2)接力式联接,即串联联接(图5-1)。它是将传爆雷管依序串联在传爆干线上,当炮孔中的起爆雷管都为同一段别时,炮孔内的炸药就按传爆雷管的延时及其累积值依序间隔爆破,从而达到延时起爆的目的。但是,如果在网路设计中仅采用单一的接力联接,那么一旦因某种偶然因素影响造成传爆干线在某处被切断,则导致了整个起爆网路传爆过程的中断。因此,在网路设计中,必须合理地进行接力式联接设计。

(3)交叉搭接联接(图5-2)。它是在两组以上单一接力式网路之间的合适位置利用传爆雷管进行搭接。


图5-1接力式联接

图5-1接力式联接

图5-2交叉搭接联接

图5-2交叉搭接联接

交叉搭接联接具有二重作用:一是提高了整个起爆网路系统的可靠度;二是实现了起爆网路排间时差阶段同步,可以避免前、后排爆破发生重、串段现象。

(4)复式联接(图5-3)。它是在每个炮孔(药室)内布置两发起爆雷管,这两发起爆雷管分别由来自两个传爆干线上的传爆雷管引爆。

图5-3复式联接

图5-3复式联接

(5)并联贮备联接。为提高网路的可靠度,炮孔内起爆雷管及孔外传爆雷管均采用两发以上并在一处捆绑。此时,只要其中任一发雷管爆炸,则全部传爆雷管或起爆雷管均被引爆。

5.2.3非电导爆管接力式起爆网路对于超大型高架桥爆破拆除起爆网路,可根据单段药量的控制、爆破规模等条件,按五种基本联接形式,灵活、巧妙的组合设计来构成导爆管接力式起爆网路[。

5.2.3.1孔外延时串并联起爆网路当炮孔内的起爆雷管都为同一段别时,通过在孔外的传爆雷管串、并联及搭接,构成孔外传爆延时的串、并联接力起爆网路,该网路适用于现场雷管段数少且需分段较多的孔间延时爆破,其特点是联接简便、易于检查。

5.2.3.2孔内延时爆破起爆网路

当炮孔内的起爆雷管都为同一段别时,通过在孔外的传爆雷管串、并联及搭接,构成孔外传爆延时的串、并联接力起爆网路,该网路适用于现场雷管段数少且需分段较多的孔间延时爆破,其特点是联接简便、易于检查。

5.2.3.2孔内延时爆破起爆网路

孔内延时爆破是指将同一炮孔内的炸药分成几段进行延时起爆。当同一炮孔内的炸药需分成几段进行延时起爆时,一是在炮孔的不同装药段分别装入相同段别的高段雷管,将其中的一段在孔外接延时雷管,实现炮孔内延时分段爆破;二是在炮孔的不同装药段分别装入不同段别的高段雷管,利用不同段别的雷管本身延时,实现孔内延时分段爆破;再通过孔外传爆雷管串、并联及搭接,构成孔外传爆延时、孔内分段起爆的串、并联接力起爆网路(图5-4)。超大型高架桥爆破拆除导爆管接力式起爆网路具有以下特点:①爆破网路联接方式多种多样。由于传爆雷管的爆炸时间具有累加性,实现炮孔间延时起燃的方法也就相当灵活多样,既可以做到一段只起爆一个或两个,乃至三个炮孔,又可以在同一炮孔内分成几段来进行起爆。②导爆管接力式起爆网路,一般采用传爆雷管串联、起爆雷管并联,以及前、后排传爆干线相互交叉搭接同

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图5-4孔内分段延时爆破装药结构

步方式。因此,从传爆理论上来说,它的延时分段数不受限制,同时不存在串段与重段现象发生,这一点是该网路特别受重视的主要原因。③导爆管接力式起爆网路,可由单一的、某一相同段别的非电毫秒延期雷管构成,也可由几种不相同段别的导爆管毫秒延期雷管组成。因此,导爆管爆破的段数不受导爆管毫秒延期雷管段数的限制。④对于非电接力式起爆网路,由于地表面存在着大量传爆雷管,相对孔内延时起爆网路而言,它的不安全因素相对较多。

5.2.4起爆时差选择

在城市超大型高架桥爆破拆除非电导爆管接力式起爆网路设计中,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,国内外关于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。本书依托3.5km沌阳高架桥工程实例,通过模型试验、理论计算等手段对爆破时差选择进行了系统研究。

在1:1单跨模型试验中(第3章),通过高速摄影、振动测试等手段,对高架桥爆破拆除的合理段间起爆时差及爆破网路形式进行了试验研究。分析高速摄像及实测振动波形可得出:①先爆桥墩的桥面下降大约在50cm时(300ms左右)开始加速降落,此时后排柱应起爆,避免桥面转动以及后排墩柱后座而导致的触地振动增加;②防护完好的墩柱在起爆约25ms后开始有鼓包运动,起爆后500ms,前排墩柱的爆破飞石未到达后排墩柱,即表明前后排墩柱起爆时差在500ms以内时,前排墩柱爆破飞石不会对后排墩柱的孔外传爆雷管产生破坏影响;③试验时切割了部分箍筋,使得同排柱失稳时间相差达80ms,导致其触地时差相差达175ms,最终导致桥面向先失稳墩柱方向倾斜,产生侧向偏移,并使反方向的桥墩产生后座反转,因此应尽量控制并降低同排墩柱的延时误差;

爆破振动远小于触地振动。触地振动历时小于1s,幅值较大部分集中在200~

400ms,即排间起爆时差大于200ms时可以避免5孔以上桥面触地振动叠加。

通过模型试验,确定高架桥非电接力式起爆网路起爆时差的选择原则为降低振动、减少叠加,先爆墩柱产生的飞石不影响后续网路安全,避免后爆墩柱产生后座或反向倾倒。

理论计算方面,首先假定前排墩同时起爆,起爆后在重力作用下,桥面板及箱梁(简称桥梁上部结构)绕后排墩柱开始定轴转动,初始位置时,后排墩柱仅产生竖直向轴力,随着桥梁上部结构转动,将产生水平向的后推力,且随转动角度的增加(角速度也增加),水平推力逐渐增大,当大到一定程度时,将可能导致后排墩柱向后倾倒,同时影响下一孔桥梁上部结构的坍塌。

前后排墩的合理起爆时差是桥梁上部结构绕后排墩定轴转动一定角度0,此时桥面板作用在后排柱的合力仍在柱截面内,计算公式为tan(0)≤B/(2H)(5-1)式中,0为桥面允许转角,();B为桥墩沿道路中心线走向的宽度,m;H为桥墩高度,m。

桥面定轴转动到角度0所需的时间可按下式计算(计算结果如表5-7所示),即

T=200s8.×[8×g×simQ)95]×00(5-2)

表5-7桥面板绕后排柱顶端转动时与前排柱相连点的运动过程计算

表5-7桥面板绕后排柱顶端转动时与前排柱相连点的运动过程计算

从表5-7可以得到,前后排墩柱起爆时差达310ms以上时,可能导致桥梁上部结构的前部先着地,还可能导致桥梁上部结构之间产生碰撞等不利影响。

通过模型试验和理论计算,最终确定前后排墩柱起爆时差为250ms,总延期时间达24770ms。

5.2.5长距离接力传爆延时精度分析

如非电导爆管雷管的单发起爆可靠度取0.9,则必须通过并联及交叉搭接等手段提高起爆网路的可靠性。雷管并联将使其较名义秒量提前起爆的概率增加,并联的数量越多,提前的概率越大;当雷管串联时,雷管延时偏差将出现非线性叠加,因此有必要对非电起爆系统中的结点传爆特性进行研究[8,9]。

5.2.5.1串联网路各传爆点的延时

我国分系列对毫秒延期导爆管雷管的延期时间及精度均有明确规定,如普通导爆管MS2段雷管的延时及精度为25ms士10ms,即MS2段雷管的名义延时为ta=25ms其延时允许偏差to=10ms。非电导爆管雷管的起爆延时是服从正态分布X~N(u,02),其中一。o<x<oo,o>0。对于符合质量标准的同一段别雷管单发起爆进行延时测试,统计获得的期望值u应接近名义延时,即空ta,对于置信区间95%的偏差1.96o应小于等于其延时允许偏差,即1.96o≤to。

在串联网路中,由于毫秒雷管的延时服从正态分布,并且每一传爆雷管的延时是独立的,当不考虑传爆结点的并联贮备时,第n个传爆结点的起爆延时为前n个传爆雷管延时的累积和,即

T=Zt6士、/Z(5-3)当串联网路中,所有传爆雷管均为同一段别时,式(5-3)可改写为T=nta士Vntg(5-4)

如果采用单发MS8毫秒雷管传爆串联,网路各传爆结点的起爆延时计算值如表5-8所示。

表5-8MS8段雷管串联延时范围

表5-8MS8段雷管串联延时范围

从表5-8的计算值看出,随着传爆点的增加,各传爆点的延时相对偏差(Sa/、/艺品或a/Vm5)降低。

i=1'Vi=15.2.5.2传爆结点采用并联贮备时的延时分析在一个由m个传爆雷管组成的并联贮备传爆结点中,由于只要有一发雷管超前ta起爆,那么这个传爆分系统就以这个早爆雷管的延时为准,因此传爆点采用多发雷管并联起爆时,其起爆延期时间的期望值是小于单发雷管的延时期望值。同时,由于这些雷管都服从相同的正态分布,它们出现各种偏差的概率是一致的。所以,该传爆分系统的某一时刻t1以前起爆的概率为P(t≤t)=1-(1-P1)"(5-5)式中,P1为该传爆分系统中,单个雷管在th时刻以前起的概率。

当分系统的某一时刻以前起爆概率为0.5时,该时刻为并联后的期望值,对应的单发雷管的起爆概率可按下式计算,即P(t≤tmd)=1-(1-Pi)"=0.5

P1=1-0.5(5-6)由于单发雷管的延期时间是服从正态分布的,即Pi(t ≤tmd)=glam-ta to

1.96多发并联时的延期时间期望值可按下式计算tmd =ta-919。(5-8)式中,9a 可根据P1查表获得。

对于常用的结点雷管并联后的延期时间期望值,可按下式计算为2发雷管并联:tmd=ta一0.278t0(5-9)

3发雷管并联:tmd=ta一0.418t0(5-10)4发雷管并联:tmd=tu一0.510t0(5-11)从上式可以看出,并联雷管数量越多,超前起爆的时间也越多,对于MS8段雷管,3发并联后其延期时间的期望值从单发的250ms降低为239.5ms。


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