图1 烟囱周围环境示意图

注：1、Y代表烟囱，Y-1#、Y-2#高180m，爆拆；Y-3#高210m爆拆；Y-4#高210m在运行中；

2、T代表冷却塔，T-1#～T-4#高90m，爆拆；T-5#、T-6#高110m，爆拆；T-7#、T-8#高110m在运行中；

3、J代表建筑物，J-1～J-2为1～6#机组主厂房，爆拆；J-3为7～8#机组主厂房、J-7、J-8为锅炉架、J-5为办公楼、J-6为控制室和化水车间、J-10为制氢车间等均在运行中。

2、爆破难点

电厂对爆破震动、爆破粉尘、防火等有着严格的等级要求，在电厂生产区内实施爆破拆除，安全要求更高，本次爆破拆除的210m高烟囱又是全国爆破拆除最高的烟囱，目前尚无成功爆破的先例；该烟囱四周保护目标多、距离近，距运行的7#机组45m，距控制室28m，距制氢  站85m等其他保护目标，一旦出现意外停机或爆炸，后果不堪设想；对烟囱的倒塌方向、爆破振动和烟囱触地震动、飞溅物的控制等要求很高；因此，爆破难度大，技术要求高，无成功经验可借鉴，安全隐患多，爆破风险大。

3、爆破技术设计

3.1 烟囱倒塌方向的确定

根据烟囱的高度、结构、周围环境和业主对爆破施工的安全等要求，确定采用定向控制爆破技术，向正北方向定向倒塌。

3.2 爆破切口位置和切口形状的确定。

为保证爆破切口处烟囱结构的对称性和施工的方便性，爆破切口位置选择在切口下沿距烟囱挡灰板上表面1.4m处（标高为7.4m），此处烟囱外半径为8.52m，周长53.53m。为便于施工并结合多次烟囱爆破的成功经验，爆破切口仍采用正梯形。

3.3 爆破切口长度Lp和高度HP确定

3.3.1爆破切口长度Lp的确定

切口长度的大小决定着烟囱能否实现失稳，如果切口长度过大，可能导致预留部分支撑力不足，造成烟囱倒塌方向失去控制，甚至出现反向倒塌，或者出现断而不倒、倾而不倒的情况。根据该烟囱的结构和实际受力情况，经过力学计算和多种方法校核，并结合我部以往类似工程成功经验，选择切口对应的圆心角α为210°。则切口长度为：，切口最大弧长为L_1p=8.52×2π×210/360=31.2m。

3.3.2爆破切口高度HP的确定

切口高度H_p根据以往经验按下列公式确定：

（1）H_P≥（1/6~1/4）D   

式中，H_p—切口高度，m；  D—烟囱切口处的直径，m。

按照此式计算，烟囱的最大切口高度为：H_2p=2.84~4.26m。

（2）爆破切口高度H_p也可按照下式计算：

式中：σ_T—钢筋的抗拉强度，kgf/cm²，Mn钢σ_T =5200kgf/cm²，A3钢σ_T =3800kgf/cm²；

P—烟囱爆破切口以上的自重，kg；  S—余留区钢筋的总横截面积，cm²；

D—切口处烟囱的外径，m； Zc—烟囱切口以上的重心高度，按照0.39倍烟囱切口以上高度确定，m。

根据计算结果和类似工程经验综合考虑，专家组最终确定的爆破切口高度为：4.8m。

3.4 定向窗、定位窗、辅助窗的设计与开设方法

为保证烟囱倒塌方向准确，爆破时便于失稳，同时减少爆破时的装药量和爆破作业时间，烟囱爆破前，在爆破切口范围内，预先开设1个定向窗，在倾倒轴线两侧对称开设定位窗和辅助窗，开窗的形状和位置详见图2，需开窗的大小和尺寸应满足开设完成后、爆破前、在有7级风的情况下烟囱不会在爆破切口处失稳或倒塌。该烟囱三窗的设计经过计算和校核确定为：定位窗长3.5m，高4.8m，定向角为30⁰；辅助窗长1.5m，高4.8m，定向窗利用北侧烟道口（长3.5m，高7.25m）。为确保施工精度，在开设三窗时，采用了水钻密孔切割法，水钻切割完成后，窗内的部分在试爆时完成。

3.5 爆破切口参数确定

烟囱切口处的药孔参数见表1。

·           表1   烟囱主要爆破参数表                                              

烟囱壁厚（cm)  抵抗线(cm)  孔距(cm)  排距(cm)  孔深(cm)  切口高度（m）  单耗 ㎏/m³ 

·   70           35          45         45       50         4.8          1.0~1.5    

3.6 精确定向的四要素标定

高耸烟囱爆破拆除其核心技术是倒塌方向控制，倒塌方向的准确性，一取决于设计和计算的准确性，二取决于标定的准确性，三取决于施工的准确性。只要三个准确落实到位，烟囱按设计方向倒塌才有保证。现场施工第一个重要环节就是标定。根据烟囱的倒塌方向和周围环境，对以下四个方面进行精确标定，一是倒塌方向的准确标定，该标定可采用全站仪进行标定；二是爆破切口底线水平标定，该标定可采用水准仪或水准管进行标定；三是爆破切口圆心角的标定；四是定向角（定位窗底线与斜线的夹角）角度和两侧对称度的标定等。把设计计算结果在施工现场和施爆体上用有色漆进行标定，具体数据见爆破参数。

3.7 烟囱非爆破部位的爆前预处理

（1），烟囱内挡灰板上面积灰的处理：挡灰板上面积灰正好处在爆破切口内，爆前处理掉该积灰的目的，一是确保爆破切口内无妨碍物，防止对切口闭合代来影响，造成方向偏差，二是爆破时会产生较大的烟尘，影响环境。因此，爆破前应将烟道口内的积灰处理干净。处理的方法是用高压水枪进行冲洗。

（2）金属爬梯和避雷针的处理：根据我部以往成功经验，爆破前将、金属爬梯、避雷针用氧割切断，切割高度不小于1.0m；切割分离与烟囱相连的一切设施。

（3）封堵后侧烟道口：为保证保留部分截面起到应有的支撑作用，将烟囱倒塌反方向的烟道口用钢筋混凝土提前封堵，防止烟囱爆破时产生大幅度下座，确保有支撑定向。

4、爆破安全设计

在爆破安全设计中，爆破振动、爆破产生的冲击波以及爆破噪音，在采用小孔内部装药爆破结构物时，由于单孔药量小、孔多、装药分散，上述三种效应不会对周围环境的设施造成影响。产生主要影响的因素是烟囱触地时产生的触地震动、飞溅物和爆破部位由于爆破产生的飞石。因此，此次爆破采取的主要安全措施如下：

（1）减震、防飞溅措施

对于烟囱筒体撞击地面产生的塌落震动和飞溅物，目前尚无精确的计算公式确定。根据我们以往类似工程的实践经验，爆前在预定撞击范围内，每隔40m垒筑一道深缓冲堤，共筑5道，缓冲堤断面尺寸为：底宽6m，顶宽1～1.5m，高度分别为2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m，然后用竹芭表面覆盖，用绳子或铁丝将竹芭连为一体。在预计烟囱头部触地位置开挖一道减震沟，同时筑一道高5m的防冲堤。

（2）防飞石和保护目标的保护措施

为防止爆破产生的飞石打伤保护目标，在烟囱爆破部位用竹芭包裹，对重点保护目标采用搭设防护墙或在朝着爆破物的一侧用竹芭等材料遮挡。

5、爆破效果

该烟囱于2008年11月11日下午16：30实施爆破，起爆后约3秒钟，烟囱向设计方向倒塌，从录象中测出，烟囱头部约在16秒钟触地，方向十分准确，解体充分。烟囱爆破切口下部的挡灰板和井字梁在定向窗下方有轻微破坏，无产生后坐。飞石和飞溅物均控制在允许的范围内，经业主全面检查，周围环境内的所有保护目标均安然无恙。爆破取得了圆满成功。此次爆破是暨今年5月和6月由我院成功爆破拆除2座180米高烟囱之后成功实施的爆破，该烟囱的爆破是国内当时爆破拆除最高、最成功的典型工程实例。

参考文献：薛峰松、王希之、谢兴博、谭雪刚等，亚太地区爆破会议论文集180m超高钢筋混凝土烟囱成功控制爆破拆除；

作者：王希之  1961年出生，教授  硕士生导师  从事爆破工作近30年。