卓金管件有限公司中承式集束钢管混凝土拱桥控制拆除爆破技术
文献概况与工程背景
中承式集束钢管混凝土拱桥是一种将多根钢管混凝土拱肋集束组合、拱上设中承式桥面结构的新型桥梁体系。这种桥型具有自重轻、刚度大、抗震性能好等优点，在大跨径拱桥工程中具有独特优势。然而，当此类桥梁因服役期满、结构损伤或改建需要而面临拆除时，其复杂的结构形式和巨大的结构体量给拆除爆破技术带来了严峻挑战。
本文所读文献系统阐述了中承式集束钢管混凝土拱桥控制拆除爆破的设计方案、技术难点和施工要点，是桥梁拆除工程领域的重要技术参考。在工程实践中，桥梁拆除爆破的安全控制不仅关系到施工人员的生命安全，还涉及周边建筑物、交通设施和生态环境的保护，是一项高度复杂的技术工程。
结构特点与爆破难点分析
集束钢管混凝土拱肋的结构特征
集束钢管混凝土拱肋由多根钢管混凝土（通常为 3～9 根）通过横向连接件集束组合而成，整体截面呈多边形或圆形。这种结构具有以下力学特征：
| 特征参数 | 典型范围 | 对爆破的影响 |
|---|---|---|
| 拱肋总截面面积 | 2～8 m² | 截面大，需较多药量 |
| 钢管混凝土单根截面 | 圆形或方形，边长/直径 0.3～0.8m | 需逐根或分组起爆 |
| 集束连接方式 | 横隔板+连接板焊接 | 连接节点处应力集中 |
| 拱肋高度 | 20～60m | 倒塌路径需精确控制 |
| 桥面系重量 | 总重的 20%～35% | 需先拆除桥面减轻荷载 |
爆破技术难点
- 倒塌方向控制：集束钢管混凝土拱肋的倒塌路径必须精确控制在预设区域内，任何偏差都可能导致次生灾害。钢管混凝土的抗拉强度远高于素混凝土，传统的混凝土爆破经验不能完全适用。
- 起爆时序设计：拱肋的倒塌需要按照"先拱脚、后拱顶"或"分段逐次"的顺序进行，起爆时序的精确控制（毫秒级精度）是成功的关键。
- 飞石控制：钢管混凝土在爆炸作用下，钢管可能产生高速飞散碎片，对周边安全构成威胁。需要采取有效的飞石防护措施。
- 振动控制：爆破振动对周边建筑物和敏感设施的影响需要严格控制，特别是当爆破点距离既有建筑较近时。
- 环境因素：中承式拱桥的桥面通常位于拱肋上方，爆破时桥面系可能成为飞石来源或阻挡倒塌路径的障碍。
爆破方案设计要点
预拆除措施
在实施爆破前，通常需要采取以下预拆除措施：
- 桥面系拆除：先拆除桥面铺装、栏杆、附属设施，必要时拆除部分桥面系结构，减轻拱肋上部荷载，降低飞石风险。
- 拱肋切割：在拱脚、拱顶等关键部位进行预切割，形成断裂面，降低爆破药量需求，同时控制倒塌方向。切割时应保留足够的结构连接，确保预拆除后的结构稳定性。
- 支撑设置：在需要保留的结构部位设置临时支撑，防止预拆除后出现非预期的结构失稳。
爆破参数设计
| 参数项 | 典型值/范围 | 说明 |
|---|---|---|
| 单耗药量 | 0.2～0.5 kg/m³ | 钢管混凝土的爆破单耗高于素混凝土 |
| 最小抵抗线 | 0.3～0.6m | 根据钢管壁厚和混凝土强度确定 |
| 孔距 | 0.5～1.0m | 根据抵抗线和岩石/混凝土性质确定 |
| 排距 | 0.6～1.2m | 与孔距配合确定 |
| 起爆时序 | 50～200ms | 拱脚先于拱顶起爆 |
| 最大单段药量 | 根据振动控制要求确定 | 需满足 GB 6722 振动安全标准 |
| 安全距离 | 根据爆破规模确定 | 一般不小于 200m |
倒塌路径控制
倒塌路径的控制是爆破方案设计的核心。对于集束钢管混凝土拱肋，建议采用以下策略：
- 分段倒塌法：将拱肋沿纵向分为若干段，每段独立起爆，逐段倒塌至预设区域。这种方法对起爆时序的要求相对较低，但需要多次爆破作业。
- 整体倾倒法：通过精确控制拱脚处的起爆时序，使整个拱肋向预设方向整体倾倒。这种方法效率高，但对起爆时序和药量分布的要求极为严格。
- 混合方法：拱脚采用整体倾倒，拱顶采用分段倒塌，兼顾效率和控制精度。
安全控制与环境保护
振动控制
爆破振动是周边环境影响的主要控制指标。根据 GB 6722《爆破安全规程》的规定，不同保护对象的振动速度限值如下：
| 保护对象 | 振动速度限值（cm/s） |
|---|---|
| 一般房屋 | 2.0～2.5 |
| 古建筑 | 0.5～1.0 |
| 精密仪器 | 0.2～0.5 |
| 水库大坝 | 1.0～1.5 |
为控制爆破振动，可采取以下措施：
- 限制最大单段药量，采用毫秒微差起爆。
- 在爆破区与保护对象之间开挖减震沟（宽度 1.5～2.0m，深度 3.0～5.0m）。
- 在保护对象基础周围设置橡胶减震垫。
- 采用低爆速炸药（如乳化炸药、水胶炸药）。
飞石控制
钢管混凝土爆破的飞石控制需要特别注意：
- 在爆破区周围设置多层防护网（至少两层，网孔尺寸不大于 50mm）。
- 在拱肋表面覆盖草袋、沙袋等覆盖物，厚度不小于 0.5m。
- 在预切割部位设置导向槽，引导断裂方向。
- 钢管部分应优先采用机械切割而非爆破，避免高速飞散。
学习心得与工程启示
通过研读本文献并结合桥梁拆除工程的实践经验，我有以下几点深刻体会：
首先，中承式集束钢管混凝土拱桥的爆破拆除是一项高度系统化的工程，需要结构工程、爆破工程、振动控制、环境保护等多学科知识的深度融合。任何单一学科的视角都无法全面解决这一复杂问题。在实际工程中，建议组建跨学科技术团队，进行充分的方案论证和模拟分析。
其次，数值模拟技术在爆破拆除方案设计中发挥着越来越重要的作用。通过有限元方法（如 LS-DYNA、AUTODYN 等）对爆破过程进行动态模拟，可以预测倒塌路径、飞石轨迹和振动传播，为方案优化提供定量依据。但需要注意的是，数值模拟的结果需要与实际爆破试验数据进行对比验证，不能盲目依赖模拟结果。
第三，安全始终是桥梁拆除爆破的第一原则。在方案设计中，应遵循"保守设计、充分验证"的理念，对每一个关键环节进行充分的安全裕度考虑。特别是在城市环境中的桥梁拆除，应制定完善的应急预案，配备专业的安全监测和应急救护力量。
最后，从可持续发展的角度，桥梁拆除应注重材料的回收再利用。钢管混凝土拱肋中的钢管和混凝土骨料在拆除后均可回收利用，这不仅是经济考虑，更是社会责任的体现。建议在拆除方案设计中同步考虑材料回收方案，实现资源的循环利用。