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【摘 要】以北京京丰热电厂150m高烟囱和95m高钢筋混凝土双曲线冷却塔为例，分析其爆破拆除后倒塌的特点，从而得出两者在爆破切口角形成后的异同。结果表明，冷却塔的破坏属于壳体失稳，不同于烟囱的刚体破坏。采用预先在冷却塔身切割竖向切缝，可以减小其刚度，使其在倒塌中解体更充分，效果更好。
【关键词】爆破拆除；双曲线冷却塔；爆破切口角；竖向切缝
自二次世界大战以后，拆除爆破技术逐渐发展起来，并且在过去的六七十年里取得了辉煌成就，目前它已成为工程爆破的一个重要组成部分。现如今，关于框架结构、高耸结构、基础、桥梁等的爆破拆除，其计算理论或经验公式己经比较成熟，在实践中也取得了很好的效果。但对于一些结构比较特殊的建（构）筑物的爆破拆除，系统的理论研究尚显不足，只能以工程实践取得的经验数据为主要设计依据，其中，双曲线冷却塔就有待进一步研究。
1997年5月，铁道部第三工程局刘宏刚等[1]，利用爆破手段拆除了太原第一热电厂一高度40m，底面直径30m的冷却塔，这是双曲线冷却塔爆破拆除的较早的一个工程案例。2002年1月底，大连理工大学和辽宁工程技术大学崔玉璞、何庆志、李守巨等[2]，爆破拆除了阜新发电厂里一座高度为54m，底部直径为46m的冷却塔。2004年12月，白立刚[3]等在太原第二热电厂拆除的一个高度为70.15m，底部半径为59.14m的冷却塔。刘宏刚，白立刚，李俊[4]通过不同直径和角度的冷却塔定向爆破时间，讨论了各种冷却塔爆破的切口问题。李守巨，上官子昌，张立国等[5]理论上研究了冷却塔拆除爆破的倾倒条件，提出了结构极限弯矩和倾倒力矩的公式。
0.工程概况
北京京丰热电厂有一工作多年的95m高冷却塔和150m高烟囱，由于污染严重，两者于2011年都被爆破拆除。冷却塔为钢筋混凝土双曲线圆筒型，高95m，底部直径59.264m，上部直径31.526m，高宽比1.6。筒壁厚70cm（底部）至14cm（喉部）不等，下部为24对预制钢筋混凝土X型支柱，截面550mm×650mm，高11.5m，上有钢性环圈梁截面550mm×1235mm，立柱主筋为14?25，箍筋为?10@150，筒壁底部配筋为2×4?16，?16@200。中央有直径5.6m圆形坚井，高约12m。通风筒、上钢性环、X型支柱钢筋混凝土约为1863m3，重4844t。
1.爆破设计
该拆除爆破工程中冷却塔筒壁采用正梯形复合爆破切口形式，设计切口立柱圆心角为210°，共计爆破14对X柱和两侧定向窗下方的各半根柱子，圈梁爆破切口角度234°。
在沿定向倾倒方向轴线上，中心处开设一个定位窗，尺寸为2.5m×11m。两边切口处对称开设定向窗，尺寸6.5m×4m。两定向窗边界处沿筒壁夹角234°。从中心线向两侧，沿筒身每30°机械预拆除宽度为2.5m的切口，直到定向窗位置为止，每侧3个，共6个。切口高度从10m向两边线性递减至6m。在沿定向倾倒方向轴线上中心处开设一个定位窗尺寸为2.5m×11m，两边切口处对称开设定向窗尺寸6.5m×4m，两定向窗边界处沿筒壁夹角234°， 从中心线向两侧沿筒身每30°机械预拆除宽度为2.5m的切口，直到定向窗位置为止。 每侧3个共6个切口高度.从10m向两边线性递减至6m。冷却塔爆破切口展开图分别如图1所示。2010年10月30日此冷却塔被成功爆破拆除。[6]现场效果如图3所示。
2.设计和实践中应注意把握和解决的问题
现阶段，在冷却塔爆破切口的选择上，一般采用大爆破切口，切口长度要达到底面周长的2/3，切口高度在10m以上，由于底面半径大，爆破切口面积比传统建筑物的拆除爆破要大得多。由于冷却塔的塔壁相对半径很薄，故其在倒塌过程中，不同于框架结构、烟囱等的绕支撑点转动倒塌，其在倒塌过程中，一般发生塔壁的撕裂和明显的整体下坐，内力变化非常复杂。
如今国内在设计冷却塔拆除方案时，很多时候在参照烟囱的拆除模式，两者虽然都属于高耸构筑物，但是破坏机理上有着本质区别。烟囱可近似为刚体，在爆破切口形成后，切口上方塔体受压，塔体背部受拉，有明显的中性轴，随后烟囱背部被拉断出现裂缝，在重力作用下，塔体向预定方向缓慢倾倒，在塔身触地之前，烟囱筒体基本不变形，见图2。而冷却塔倒塌则属于壳体失稳。对于双曲线形冷却塔，塔身非常薄，是典型的壳体。在爆破切口形成后，整个冷却塔体都处于受压状态，并且，由于塔身较薄，很快塔体失去整体稳定性，发生扭曲，在塔身触地之前，塔体已经在扭矩作用下发生大的变形，甚至解体，最终破坏，见图3。可以看出，冷却塔在落地之前，塔身已经发生了很大的扭曲变形。
从以上分析可以看出，冷却塔和烟囱的爆破倒塌机理是完全不同的，国外在爆破拆除双曲线冷却塔时，常采用的是长条形小爆破切口，在筒壁上呈网格状布置，爆破后，塔壁支撑部位发生破坏，从而塔身倾倒并解体。在倾倒过程中，由于筒壁很薄，筒体容易发生大的失稳变形，在这种变形作用下，筒体落地并解体。
冷却塔能否顺利垂直下落和原地塌落并不取决于与爆破切口的高度，而取决于切口所处的位置。在爆破拆除双曲线冷却塔时，我们可以充分利用此类构筑物在倒塌过程中塔身发生撕裂的特点，采用多个小的爆破切口形成切缝来破坏塔身的关键部位，减小其刚度，可取得良好的破碎效果。
3.结论
①冷却塔在倒塌的初始阶段，在重力的作用下，塔身主要受压，随着爆破切口的形成，支撑部位以压屈失稳为主，塔身不会拉裂。
②爆破切口形成后，支撑部位由轴心受压转为偏心受压，此处不同于烟囱，是以中和轴为界，一侧受压，一侧受拉。这是冷却塔这种薄壁结构的自身特点。
③在设计冷却塔等薄壁结构爆破方案时，应充分考虑该类结构特点，采用预先在冷却塔身切割竖向切缝，可以减小其刚度，使其在倒塌中解体更充分，效果更好。
【参考文献】
[1]刘宏刚，常民生.太原第一热电厂冷却塔定向控制爆破拆除[J].爆破，2000，vol.17（增）：67-71.
[2]崔玉璞，何庆志，李守巨等.太原第一热电厂冷却塔定向控制爆破拆除[J].爆破，2000，vol.17（增）：67-71.
[3]白立刚.大唐太原第二热电厂70.15m高冷却塔爆破拆除[J].铁道建筑，2005（增）：54-56.
[4]刘宏刚，白立刚，李俊.薄壁双曲线冷却塔定向爆破切口问题的探讨[J].2005，9：68-70.
[5]李守巨，上官子昌，张立国等.爆破拆除冷却塔倾倒条件的研究[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），1999，1（18）：9-14.
[6]李胜林，刘殿书，刘凯等.双曲线冷却塔爆破拆除数值模拟研究[J].北京理工大学学报（自然科学版），2014，34（2）：123-126.
【关键词】爆破拆除；双曲线冷却塔；爆破切口角；竖向切缝
自二次世界大战以后，拆除爆破技术逐渐发展起来，并且在过去的六七十年里取得了辉煌成就，目前它已成为工程爆破的一个重要组成部分。现如今，关于框架结构、高耸结构、基础、桥梁等的爆破拆除，其计算理论或经验公式己经比较成熟，在实践中也取得了很好的效果。但对于一些结构比较特殊的建（构）筑物的爆破拆除，系统的理论研究尚显不足，只能以工程实践取得的经验数据为主要设计依据，其中，双曲线冷却塔就有待进一步研究。
1997年5月，铁道部第三工程局刘宏刚等[1]，利用爆破手段拆除了太原第一热电厂一高度40m，底面直径30m的冷却塔，这是双曲线冷却塔爆破拆除的较早的一个工程案例。2002年1月底，大连理工大学和辽宁工程技术大学崔玉璞、何庆志、李守巨等[2]，爆破拆除了阜新发电厂里一座高度为54m，底部直径为46m的冷却塔。2004年12月，白立刚[3]等在太原第二热电厂拆除的一个高度为70.15m，底部半径为59.14m的冷却塔。刘宏刚，白立刚，李俊[4]通过不同直径和角度的冷却塔定向爆破时间，讨论了各种冷却塔爆破的切口问题。李守巨，上官子昌，张立国等[5]理论上研究了冷却塔拆除爆破的倾倒条件，提出了结构极限弯矩和倾倒力矩的公式。
0.工程概况
北京京丰热电厂有一工作多年的95m高冷却塔和150m高烟囱，由于污染严重，两者于2011年都被爆破拆除。冷却塔为钢筋混凝土双曲线圆筒型，高95m，底部直径59.264m，上部直径31.526m，高宽比1.6。筒壁厚70cm（底部）至14cm（喉部）不等，下部为24对预制钢筋混凝土X型支柱，截面550mm×650mm，高11.5m，上有钢性环圈梁截面550mm×1235mm，立柱主筋为14?25，箍筋为?10@150，筒壁底部配筋为2×4?16，?16@200。中央有直径5.6m圆形坚井，高约12m。通风筒、上钢性环、X型支柱钢筋混凝土约为1863m3，重4844t。
1.爆破设计
该拆除爆破工程中冷却塔筒壁采用正梯形复合爆破切口形式，设计切口立柱圆心角为210°，共计爆破14对X柱和两侧定向窗下方的各半根柱子，圈梁爆破切口角度234°。
在沿定向倾倒方向轴线上，中心处开设一个定位窗，尺寸为2.5m×11m。两边切口处对称开设定向窗，尺寸6.5m×4m。两定向窗边界处沿筒壁夹角234°。从中心线向两侧，沿筒身每30°机械预拆除宽度为2.5m的切口，直到定向窗位置为止，每侧3个，共6个。切口高度从10m向两边线性递减至6m。在沿定向倾倒方向轴线上中心处开设一个定位窗尺寸为2.5m×11m，两边切口处对称开设定向窗尺寸6.5m×4m，两定向窗边界处沿筒壁夹角234°， 从中心线向两侧沿筒身每30°机械预拆除宽度为2.5m的切口，直到定向窗位置为止。 每侧3个共6个切口高度.从10m向两边线性递减至6m。冷却塔爆破切口展开图分别如图1所示。2010年10月30日此冷却塔被成功爆破拆除。[6]现场效果如图3所示。
2.设计和实践中应注意把握和解决的问题
现阶段，在冷却塔爆破切口的选择上，一般采用大爆破切口，切口长度要达到底面周长的2/3，切口高度在10m以上，由于底面半径大，爆破切口面积比传统建筑物的拆除爆破要大得多。由于冷却塔的塔壁相对半径很薄，故其在倒塌过程中，不同于框架结构、烟囱等的绕支撑点转动倒塌，其在倒塌过程中，一般发生塔壁的撕裂和明显的整体下坐，内力变化非常复杂。
如今国内在设计冷却塔拆除方案时，很多时候在参照烟囱的拆除模式，两者虽然都属于高耸构筑物，但是破坏机理上有着本质区别。烟囱可近似为刚体，在爆破切口形成后，切口上方塔体受压，塔体背部受拉，有明显的中性轴，随后烟囱背部被拉断出现裂缝，在重力作用下，塔体向预定方向缓慢倾倒，在塔身触地之前，烟囱筒体基本不变形，见图2。而冷却塔倒塌则属于壳体失稳。对于双曲线形冷却塔，塔身非常薄，是典型的壳体。在爆破切口形成后，整个冷却塔体都处于受压状态，并且，由于塔身较薄，很快塔体失去整体稳定性，发生扭曲，在塔身触地之前，塔体已经在扭矩作用下发生大的变形，甚至解体，最终破坏，见图3。可以看出，冷却塔在落地之前，塔身已经发生了很大的扭曲变形。
从以上分析可以看出，冷却塔和烟囱的爆破倒塌机理是完全不同的，国外在爆破拆除双曲线冷却塔时，常采用的是长条形小爆破切口，在筒壁上呈网格状布置，爆破后，塔壁支撑部位发生破坏，从而塔身倾倒并解体。在倾倒过程中，由于筒壁很薄，筒体容易发生大的失稳变形，在这种变形作用下，筒体落地并解体。
冷却塔能否顺利垂直下落和原地塌落并不取决于与爆破切口的高度，而取决于切口所处的位置。在爆破拆除双曲线冷却塔时，我们可以充分利用此类构筑物在倒塌过程中塔身发生撕裂的特点，采用多个小的爆破切口形成切缝来破坏塔身的关键部位，减小其刚度，可取得良好的破碎效果。
3.结论
①冷却塔在倒塌的初始阶段，在重力的作用下，塔身主要受压，随着爆破切口的形成，支撑部位以压屈失稳为主，塔身不会拉裂。
②爆破切口形成后，支撑部位由轴心受压转为偏心受压，此处不同于烟囱，是以中和轴为界，一侧受压，一侧受拉。这是冷却塔这种薄壁结构的自身特点。
③在设计冷却塔等薄壁结构爆破方案时，应充分考虑该类结构特点，采用预先在冷却塔身切割竖向切缝，可以减小其刚度，使其在倒塌中解体更充分，效果更好。
【参考文献】
[1]刘宏刚，常民生.太原第一热电厂冷却塔定向控制爆破拆除[J].爆破，2000，vol.17（增）：67-71.
[2]崔玉璞，何庆志，李守巨等.太原第一热电厂冷却塔定向控制爆破拆除[J].爆破，2000，vol.17（增）：67-71.
[3]白立刚.大唐太原第二热电厂70.15m高冷却塔爆破拆除[J].铁道建筑，2005（增）：54-56.
[4]刘宏刚，白立刚，李俊.薄壁双曲线冷却塔定向爆破切口问题的探讨[J].2005，9：68-70.
[5]李守巨，上官子昌，张立国等.爆破拆除冷却塔倾倒条件的研究[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），1999，1（18）：9-14.
[6]李胜林，刘殿书，刘凯等.双曲线冷却塔爆破拆除数值模拟研究[J].北京理工大学学报（自然科学版），2014，34（2）：123-126.