摘 要：随着城市建设的发展，越来越多的高耸烟囱等构筑物需要爆破拆除。本文主要介绍了控制爆破拆除的原理及高耸建（构）筑物定向倒塌、折叠式倒塌和原地坍塌三种拆除方法；并且简要介绍了爆破切口位置、切口长度和切口高度的确定以及定向窗的确定和相应爆破参数的确定，同时阐述了高耸烟囱爆破拆除的安全措施和施工要点。
关键词：高耸构筑物；爆破拆除；控制爆破
随着我国社会经济的不断发展，城市建设日趋现代化。城市建设的发展，使越来越多的烟囱类高耸建（构）筑物需要进行爆破拆除。这些建（构）筑物往往地处环境复杂的地区，大多数位于人口稠密的城镇或者有大量工业设施的工业区。若用一般的拆除方法拆除高耸烟囱等高耸构筑物，不但耗资巨大，而且施工时间长，难度大，安全隐患多。目前控制爆炸理论已经日趋完善，利用控制爆破理论实现对高耸烟囱实施爆破拆除的技术也逐渐成熟，这种快速、经济、安全的烟囱爆破拆除技术已变得越来越重要，并且在实际应用中已经充分体现了其优越性。使烟囱按照预定设想的方向倾倒塌落，并充分提高其安全性、可靠性，不断提高其控制爆破的精度将是今后发展的方向。
1 控制爆破拆除原理及其方法
建筑物的破坏是靠炸药爆炸时产生的巨大能量对建筑物做机械功导致的。目前，控制爆破拆除烟囱的方法主要有以下三种：定向倒塌、折叠式倒塌以及原地坍塌。在实际应用中要根据高耸烟囱所处的位置环境，地质因素等条件确定采用何种拆除方法。爆破拆除的原理在于通过爆破手段形成缺口，破坏建筑物的稳定性，在其自重力矩作用下破坏、达到拆除解体目的。当爆破形成切口后，在爆破切口平面的预留支撑部分形成“塑性铰”，爆破切口以上的筒体倒塌，其过程可由初始失稳、倾倒旋转、运动解体和塌落堆积等四个阶段组成。当烟囱形成多段切口时，烟囱将发生折叠倾倒运动，可视为“塑性铰”连接的多体的折叠下落。
倒塌阶段的初始失稳，是在烟囱体自重对切口支撑部偏心重力所形成的弯矩和各段烟囱体（含基础）相互作用下，在支撑部大于“塑性铰”的抵抗弯矩而形成。倾倒旋转，是各切口依次爆破延时，烟囱上段由单体倾倒时间拓扑切换点，转变到多体系统的变拓扑运动，可用变拓扑多体系统动力学描述。运动解体是当烟囱各体间作用力大于“塑性铰”的动力强度后，切口支撑部将延时断裂，而由动力拓扑切换点逐步运动解体，烟囱也从多体系统分解为若干离散体（含单体和多体），继续相应的拓扑运动。并且于近地点，各体间分离、接触、摩擦、碰撞、滑动和堆积，步入塌落堆积阶段，可用离散多体系统运动动力分析法（DMBA）描述。
1.1 定向倒塌
定向倒塌的原理是在烟囱一侧的合适位置包埋炸药，利用炸药在爆炸时所产生的能量对其底部的一侧造成破坏，使其底部位置形成一个大于其一半周长以上的爆破缺口，使烟囱的重心产生偏移，对烟囱的稳定性造成破坏，在其自身重力的作用下形成倾覆力矩，从而使烟囱能够按照预设的方向倾倒。定向拆除对烟囱所在场地的要求较高，只有在空旷、合适的场地才能实施。
1.2 折叠式倒塌
折叠式倒塌的原理是在烟囱底部炸开一个爆破缺口的同时，在烟囱中部合适位置再炸开一个或多个爆破缺口，使烟囱在自重的作用下从两个或两个以上的方向分段折叠倒塌。目前，折叠式倒坍一般分为两种方式：单向和双向折叠式倒坍。折叠式倒塌，虽然对场地的要求不如定向倒塌高，但其对技术的要求非常高，如何准确的在中部位置找到爆破缺口是该技术的要点，同时需根据爆破场地的实际情况，设置合理的分段数目。
其中，连续3折烟囱的运动可简化为4个拓扑阶段，即①上缺口爆破，烟囱上段单独倾倒；②中缺口爆破，烟囱上、中段双向折叠同时倾倒；③下缺口爆破，烟囱上、中、下段连续双向多折倾倒，端弯矩简化为零；④烟囱上、中段端剪力大于摩擦力和端强度，钢筋拉断而空中解体。
2005年，广州造纸厂百米烟囱爆破拆除，采用了世界首创烟囱三折定向爆破拆除技术，该技术获中爆协科技进步一等奖。
1.3 原地坍塌
原地坍塌的原理是在烟囱底部支撑的整个筒壁炸开一个足够高的爆破缺口，使其在自重作用下下落，由于其在下落到地面时产生冲击波，从而实现烟囱自行解体。原地坍塌的技术要求非常高，稍有偏差，烟囱倒塌方向将不可预测。
2 爆破缺口设计
2.1 爆破缺口确定原则
爆破缺口大小和形状的选择是影响烟囱倒塌准确性的决定重要影响因素。爆破缺口的作用是使烟囱失去稳定性。烟囱缺口大小的确定是根据是否能够产生足够的倾覆力矩设计爆破的。只有烟囱在失稳之后，在自重的作用下产生足够的倾覆力矩，才能使烟囱能够按照预设的方向倒塌。此外对于钢筋混凝土的烟囱，同时还需满足缺口部位钢筋的失稳条件。
2.2 爆破缺口的确定
2.2.1 确定爆破缺口位置
爆破缺口位置的设计要求需满足以下条件：能够使碎石块分散开而不聚集切口位置主要由允许塌落地点和塌落范围决定，当有足够的烟囱塌落的范围，允许偏离范围角大于±10°时，可采用单向倾倒方案。当允许塌落范围小于以上范围时，应采用折叠倾倒方式，其逐段解体段长，应小于允许倒塌范围。 最后一排排炮孔的位置高度一般要求在离地面0.5-1m左右。
2.2.2 确定爆破缺口长度
爆破缺口长度需根据所爆破烟囱的性质和大小确定，既不能太长也不能太短，根据经验一般缺口的长度为烟囱周长的1/2-2/3。爆破缺口太长，烟囱倾倒方向不易控制，方向误差也会增大。缺口长度也不宜过小，缺口长度小，保留部分虽然符合对烟囱的各种载荷，但是可能造成爆破后对烟囱失稳程度不足，使烟囱炸而不倒。
2.2.3 确定爆破缺口高度
爆破缺口高度首先应满足切口砼爆破抛离后，切口处纵向钢筋必须"压杆失稳"，其二，压杆失稳后，随着烟囱倾倒，在切口闭合时，其重心应移出筒壁之外。需根据需要，在保证安全的前提下合理确定。缺口高度越高对烟囱顺利倾倒越有利，但是缺口越高，钻爆工作量越大，同时安全性将降低，防护措施越难保证。一般钢筋混凝土烟囱爆破缺口的高度为烟囱底部直径的1/6-1/4。或者也可根据烟囱的壁厚来确定缺口高度，一般为壁厚的1.5-4倍。其中钢筋混凝土结构的烟囱取最大值，砖结构取最小值。 2.3 定向窗角的设置确定
定向窗口的作用不仅在尔后切口闭合时，有均匀支撑烟囱的可能，而更重要的在微倾和初倾阶段前期，较小的定向窗口角加强了切口前方的强度，推迟了切口两端压坏，从而稳定倾倒方向。烟囱倒向观测表明，定向窗口角在30°以下，切口高在2.4m以下，前剪区的压剪破坏，引起的倒向偏离只在2°以内，已经可以满足拆除工程的要求。高耸烟囱通常筒壁较薄，在爆破后后坐现象往往比较严重，在保证烟囱能够顺利的实现定向准确的倾倒的前提下，又能够保证倾倒前烟囱的稳定性，需要在切口的两侧设置定向窗隔断爆破区和保留支撑区。定向窗宽度一般在1.5m左右，高度稍小于缺口高度。在爆破布孔布置一般是烟囱结构比较复杂的部分，该位置有进烟道和出灰口，有些烟囱还有除尘设备，这些因素在设置定向窗时都应考虑在内。
3 爆破参数的确定
爆破参数的确定在整个高耸烟囱控制爆破之中是重中之重。烟囱一般为砖结构或者混凝土结构，抗压强度往往较强，但其抗拉强度很低，在爆破时筒壁的内侧受到压力，而外层受到的是拉力，因此外层外侧的暴扣爆破漏斗较内侧容易形成，所以炸药包埋位置应靠近内侧，一般在爆破部位的壁厚外径大于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.65-0.68倍；在爆破部位的外径壁厚小于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.69-0.72应靠近内侧，一般在爆破部位的外径大于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.65-0.68倍；在爆破部位的外径小于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.69-0.72倍。孔距主要和孔深有关，除此之外还与烟囱结构和烟囱是否受到风化腐蚀有关。有文献报道爆破中采用孔距大于孔深的宽间距小排距技术，减少炸药单耗，改善了爆破效果，并使总钻孔量有所减少，从而达到优化设计的目的，但是一般情况要求孔距要小于孔深。砖结构烟囱孔距一般为孔深的0.8-0.85倍；若烟囱有风化腐蚀现象应适当加大，孔距为孔深的0.85-0.90倍；钢筋混凝土结构孔距一般为孔深的0.85-0.95倍。若上下排炮孔采用梅花形交错布孔方式，一般排距为孔距的0.85倍。
4 安全措施与施工注意事项
在进行烟囱拆除爆破时，炸药应当分散放置布置，已以减少产生的地震波。在烟囱爆破时需使爆破碎块抛出缺口，因此装药量既不能太多，也不能太少，太多会形成爆破飞石，太少，碎块无法抛出将影响倒塌方向。对于高耸烟囱的拆除爆破，，除了严防爆破飞石飞出造成的危害外，，还应该对烟囱倒地冲击产生的飞石和碎块采取必要的防护措施。具体安全防护措施和注意事项主要有：①在布置炮孔外壁位置捆扎草袋和荆棘等防护措施，并用铁丝扎紧，从而防止碎石飞石飞出；②在爆破口大约1m处，设置高度高于爆破缺口1m、围长超过爆破缺口长度2m的柔性防护排架，，以防止爆破飞石外飞；③在爆破准备工作就绪之后，暂停周围一切行人、车辆通行，待爆破完成后予以放行；④倒塌的烟囱会以很大较大的速度撞击地面，从而产生很大的塌落震动，并会引起碎块的飞溅，而可能损坏周围的建筑物、管线设备等。因此为了保证安全性，在爆破之前需在预设坍塌前方位置设置一个大小约为厚1m、长20m左右的用稻草铺设的缓冲带，以缓冲烟囱的触地塌落震动，并防止碎石块飞溅。同时还必须在预计烟囱帽坍塌地点设置用沙袋堆成的防护墙，从而防止烟囱倒塌后向前滚动而造成的不良后果；⑤高耸烟囱内部往往会有除尘设备等一些内衬，会对爆破产生影响，因此在爆破前在爆破切口范围内先人工除去内衬进行预拆除。
结语
高耸烟囱爆破的精度影响因素非常多，应尽量根据所拆除烟囱的具体实际情况，尽量消除或减小不利因素影响，严控施工精度。根据烟囱本身的结构质量及负荷大小，合理拟定爆破切口尺寸及装药量，正确掌握起爆时间选择正确的起爆方式，避开不利因素影响，定能从而提高烟囱定向爆破精度，收到安全、可靠爆破的效果。
参考文献
[1]李玉岐，谢康和，焦永斌，等.砖烟囱爆破切口形状对切角和切口高度的影响分析[J].爆破，2004，21（01）：47-50.
[2]郑炳旭，魏晓林，陈庆寿.钢筋混凝土高烟囱爆破切口支撑部破坏观测研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（02）：3513-3517.
[3]王小林，，徐书雷，，吴枫.国内外拆除爆破技术发展现状[J].西安科技学院学报，2003，23（03）：270-273.
[4]郑炳旭，魏晓林，陈庆寿.钢筋混凝土高烟囱切口支撑部失稳力学分析[J].岩石力学与工程学报，2007（01）：3348-3354.
关键词：高耸构筑物；爆破拆除；控制爆破
随着我国社会经济的不断发展，城市建设日趋现代化。城市建设的发展，使越来越多的烟囱类高耸建（构）筑物需要进行爆破拆除。这些建（构）筑物往往地处环境复杂的地区，大多数位于人口稠密的城镇或者有大量工业设施的工业区。若用一般的拆除方法拆除高耸烟囱等高耸构筑物，不但耗资巨大，而且施工时间长，难度大，安全隐患多。目前控制爆炸理论已经日趋完善，利用控制爆破理论实现对高耸烟囱实施爆破拆除的技术也逐渐成熟，这种快速、经济、安全的烟囱爆破拆除技术已变得越来越重要，并且在实际应用中已经充分体现了其优越性。使烟囱按照预定设想的方向倾倒塌落，并充分提高其安全性、可靠性，不断提高其控制爆破的精度将是今后发展的方向。
1 控制爆破拆除原理及其方法
建筑物的破坏是靠炸药爆炸时产生的巨大能量对建筑物做机械功导致的。目前，控制爆破拆除烟囱的方法主要有以下三种：定向倒塌、折叠式倒塌以及原地坍塌。在实际应用中要根据高耸烟囱所处的位置环境，地质因素等条件确定采用何种拆除方法。爆破拆除的原理在于通过爆破手段形成缺口，破坏建筑物的稳定性，在其自重力矩作用下破坏、达到拆除解体目的。当爆破形成切口后，在爆破切口平面的预留支撑部分形成“塑性铰”，爆破切口以上的筒体倒塌，其过程可由初始失稳、倾倒旋转、运动解体和塌落堆积等四个阶段组成。当烟囱形成多段切口时，烟囱将发生折叠倾倒运动，可视为“塑性铰”连接的多体的折叠下落。
倒塌阶段的初始失稳，是在烟囱体自重对切口支撑部偏心重力所形成的弯矩和各段烟囱体（含基础）相互作用下，在支撑部大于“塑性铰”的抵抗弯矩而形成。倾倒旋转，是各切口依次爆破延时，烟囱上段由单体倾倒时间拓扑切换点，转变到多体系统的变拓扑运动，可用变拓扑多体系统动力学描述。运动解体是当烟囱各体间作用力大于“塑性铰”的动力强度后，切口支撑部将延时断裂，而由动力拓扑切换点逐步运动解体，烟囱也从多体系统分解为若干离散体（含单体和多体），继续相应的拓扑运动。并且于近地点，各体间分离、接触、摩擦、碰撞、滑动和堆积，步入塌落堆积阶段，可用离散多体系统运动动力分析法（DMBA）描述。
1.1 定向倒塌
定向倒塌的原理是在烟囱一侧的合适位置包埋炸药，利用炸药在爆炸时所产生的能量对其底部的一侧造成破坏，使其底部位置形成一个大于其一半周长以上的爆破缺口，使烟囱的重心产生偏移，对烟囱的稳定性造成破坏，在其自身重力的作用下形成倾覆力矩，从而使烟囱能够按照预设的方向倾倒。定向拆除对烟囱所在场地的要求较高，只有在空旷、合适的场地才能实施。
1.2 折叠式倒塌
折叠式倒塌的原理是在烟囱底部炸开一个爆破缺口的同时，在烟囱中部合适位置再炸开一个或多个爆破缺口，使烟囱在自重的作用下从两个或两个以上的方向分段折叠倒塌。目前，折叠式倒坍一般分为两种方式：单向和双向折叠式倒坍。折叠式倒塌，虽然对场地的要求不如定向倒塌高，但其对技术的要求非常高，如何准确的在中部位置找到爆破缺口是该技术的要点，同时需根据爆破场地的实际情况，设置合理的分段数目。
其中，连续3折烟囱的运动可简化为4个拓扑阶段，即①上缺口爆破，烟囱上段单独倾倒；②中缺口爆破，烟囱上、中段双向折叠同时倾倒；③下缺口爆破，烟囱上、中、下段连续双向多折倾倒，端弯矩简化为零；④烟囱上、中段端剪力大于摩擦力和端强度，钢筋拉断而空中解体。
2005年，广州造纸厂百米烟囱爆破拆除，采用了世界首创烟囱三折定向爆破拆除技术，该技术获中爆协科技进步一等奖。
1.3 原地坍塌
原地坍塌的原理是在烟囱底部支撑的整个筒壁炸开一个足够高的爆破缺口，使其在自重作用下下落，由于其在下落到地面时产生冲击波，从而实现烟囱自行解体。原地坍塌的技术要求非常高，稍有偏差，烟囱倒塌方向将不可预测。
2 爆破缺口设计
2.1 爆破缺口确定原则
爆破缺口大小和形状的选择是影响烟囱倒塌准确性的决定重要影响因素。爆破缺口的作用是使烟囱失去稳定性。烟囱缺口大小的确定是根据是否能够产生足够的倾覆力矩设计爆破的。只有烟囱在失稳之后，在自重的作用下产生足够的倾覆力矩，才能使烟囱能够按照预设的方向倒塌。此外对于钢筋混凝土的烟囱，同时还需满足缺口部位钢筋的失稳条件。
2.2 爆破缺口的确定
2.2.1 确定爆破缺口位置
爆破缺口位置的设计要求需满足以下条件：能够使碎石块分散开而不聚集切口位置主要由允许塌落地点和塌落范围决定，当有足够的烟囱塌落的范围，允许偏离范围角大于±10°时，可采用单向倾倒方案。当允许塌落范围小于以上范围时，应采用折叠倾倒方式，其逐段解体段长，应小于允许倒塌范围。 最后一排排炮孔的位置高度一般要求在离地面0.5-1m左右。
2.2.2 确定爆破缺口长度
爆破缺口长度需根据所爆破烟囱的性质和大小确定，既不能太长也不能太短，根据经验一般缺口的长度为烟囱周长的1/2-2/3。爆破缺口太长，烟囱倾倒方向不易控制，方向误差也会增大。缺口长度也不宜过小，缺口长度小，保留部分虽然符合对烟囱的各种载荷，但是可能造成爆破后对烟囱失稳程度不足，使烟囱炸而不倒。
2.2.3 确定爆破缺口高度
爆破缺口高度首先应满足切口砼爆破抛离后，切口处纵向钢筋必须"压杆失稳"，其二，压杆失稳后，随着烟囱倾倒，在切口闭合时，其重心应移出筒壁之外。需根据需要，在保证安全的前提下合理确定。缺口高度越高对烟囱顺利倾倒越有利，但是缺口越高，钻爆工作量越大，同时安全性将降低，防护措施越难保证。一般钢筋混凝土烟囱爆破缺口的高度为烟囱底部直径的1/6-1/4。或者也可根据烟囱的壁厚来确定缺口高度，一般为壁厚的1.5-4倍。其中钢筋混凝土结构的烟囱取最大值，砖结构取最小值。 2.3 定向窗角的设置确定
定向窗口的作用不仅在尔后切口闭合时，有均匀支撑烟囱的可能，而更重要的在微倾和初倾阶段前期，较小的定向窗口角加强了切口前方的强度，推迟了切口两端压坏，从而稳定倾倒方向。烟囱倒向观测表明，定向窗口角在30°以下，切口高在2.4m以下，前剪区的压剪破坏，引起的倒向偏离只在2°以内，已经可以满足拆除工程的要求。高耸烟囱通常筒壁较薄，在爆破后后坐现象往往比较严重，在保证烟囱能够顺利的实现定向准确的倾倒的前提下，又能够保证倾倒前烟囱的稳定性，需要在切口的两侧设置定向窗隔断爆破区和保留支撑区。定向窗宽度一般在1.5m左右，高度稍小于缺口高度。在爆破布孔布置一般是烟囱结构比较复杂的部分，该位置有进烟道和出灰口，有些烟囱还有除尘设备，这些因素在设置定向窗时都应考虑在内。
3 爆破参数的确定
爆破参数的确定在整个高耸烟囱控制爆破之中是重中之重。烟囱一般为砖结构或者混凝土结构，抗压强度往往较强，但其抗拉强度很低，在爆破时筒壁的内侧受到压力，而外层受到的是拉力，因此外层外侧的暴扣爆破漏斗较内侧容易形成，所以炸药包埋位置应靠近内侧，一般在爆破部位的壁厚外径大于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.65-0.68倍；在爆破部位的外径壁厚小于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.69-0.72应靠近内侧，一般在爆破部位的外径大于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.65-0.68倍；在爆破部位的外径小于3m的烟囱中钻孔深度为壁厚的0.69-0.72倍。孔距主要和孔深有关，除此之外还与烟囱结构和烟囱是否受到风化腐蚀有关。有文献报道爆破中采用孔距大于孔深的宽间距小排距技术，减少炸药单耗，改善了爆破效果，并使总钻孔量有所减少，从而达到优化设计的目的，但是一般情况要求孔距要小于孔深。砖结构烟囱孔距一般为孔深的0.8-0.85倍；若烟囱有风化腐蚀现象应适当加大，孔距为孔深的0.85-0.90倍；钢筋混凝土结构孔距一般为孔深的0.85-0.95倍。若上下排炮孔采用梅花形交错布孔方式，一般排距为孔距的0.85倍。
4 安全措施与施工注意事项
在进行烟囱拆除爆破时，炸药应当分散放置布置，已以减少产生的地震波。在烟囱爆破时需使爆破碎块抛出缺口，因此装药量既不能太多，也不能太少，太多会形成爆破飞石，太少，碎块无法抛出将影响倒塌方向。对于高耸烟囱的拆除爆破，，除了严防爆破飞石飞出造成的危害外，，还应该对烟囱倒地冲击产生的飞石和碎块采取必要的防护措施。具体安全防护措施和注意事项主要有：①在布置炮孔外壁位置捆扎草袋和荆棘等防护措施，并用铁丝扎紧，从而防止碎石飞石飞出；②在爆破口大约1m处，设置高度高于爆破缺口1m、围长超过爆破缺口长度2m的柔性防护排架，，以防止爆破飞石外飞；③在爆破准备工作就绪之后，暂停周围一切行人、车辆通行，待爆破完成后予以放行；④倒塌的烟囱会以很大较大的速度撞击地面，从而产生很大的塌落震动，并会引起碎块的飞溅，而可能损坏周围的建筑物、管线设备等。因此为了保证安全性，在爆破之前需在预设坍塌前方位置设置一个大小约为厚1m、长20m左右的用稻草铺设的缓冲带，以缓冲烟囱的触地塌落震动，并防止碎石块飞溅。同时还必须在预计烟囱帽坍塌地点设置用沙袋堆成的防护墙，从而防止烟囱倒塌后向前滚动而造成的不良后果；⑤高耸烟囱内部往往会有除尘设备等一些内衬，会对爆破产生影响，因此在爆破前在爆破切口范围内先人工除去内衬进行预拆除。
结语
高耸烟囱爆破的精度影响因素非常多，应尽量根据所拆除烟囱的具体实际情况，尽量消除或减小不利因素影响，严控施工精度。根据烟囱本身的结构质量及负荷大小，合理拟定爆破切口尺寸及装药量，正确掌握起爆时间选择正确的起爆方式，避开不利因素影响，定能从而提高烟囱定向爆破精度，收到安全、可靠爆破的效果。
参考文献
[1]李玉岐，谢康和，焦永斌，等.砖烟囱爆破切口形状对切角和切口高度的影响分析[J].爆破，2004，21（01）：47-50.
[2]郑炳旭，魏晓林，陈庆寿.钢筋混凝土高烟囱爆破切口支撑部破坏观测研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（02）：3513-3517.
[3]王小林，，徐书雷，，吴枫.国内外拆除爆破技术发展现状[J].西安科技学院学报，2003，23（03）：270-273.
[4]郑炳旭，魏晓林，陈庆寿.钢筋混凝土高烟囱切口支撑部失稳力学分析[J].岩石力学与工程学报，2007（01）：3348-3354.
