在城市扩建与厂房改建等工程中，常常涉及到废弃烟囱的爆破拆除问题。本次爆破根据以前烟囱拆除的经验设计爆破参数［1-5］和经验公式，粗略地计算需保护建筑处的振动速度，使用爆破测振仪对拆除过程进行了监测，记录下测点的振动速度与振动频率，这为研究烟囱爆破后的运动过程及状态提供了准确、科学的依据。
1· 爆破设计
某烟囱高41m，底部直径3． 34m，顶部直径2． 00m。烟囱西侧紧邻一住房，东南侧68m 处有一厂房。烟囱周围地质为上元古界震旦系长岭子组，主要岩性为灰绿色—黄褐色的泥质板岩和绢云钙质板岩。风化程度总体上自上而下为由强至弱的渐变关系。本次爆破采用梯形切口，实际爆破时，切口位于+ 3m 处，切口处外直径D 为3． 25m，壁厚δ 为17cm，根据以往爆破拆除经验，切口圆心角取值范围为216° ～ 240°，本次拆除取为240°，故切口长度为L = πD( 240 /360) = 6． 8m，预留长度为3． 4m; 切口闭合角取35°，孔距0． 2m，行距0． 2m，孔径40mm，采用梅花布孔方式，总共孔数为60 个，孔深为12 ～ 13cm，装药后用泥土封堵炮孔，封堵高度为7cm; 切口高度h = ( 3 ～ 5) × δ = 0． 51 ～ 0． 85m，此处取为1． 1m，设计参数见图1。单孔药量为40g，采用MS—5塑料导爆管雷管起爆，总使用药量Q为2． 4kg。装药后，使用草袋覆盖爆破区，并用帆布包裹，然后用铁丝捆绑，以防飞石伤人及损坏周边建筑物。

2· 塌落触地时间与振动速度估算
2． 1 塌落触地时间估算
切口以上烟囱总质量约为134． 5t，重心距地面高度为3． 0 + 17． 4 = 20． 4m。忽略爆破拆除的起爆与破碎时间，烟囱倒塌实际上是中空锥台的倒塌计算问题。以被保留部位的最远点为转动绞点( 忽略绞点的反向力矩影响) ，有角加速度、角速度公式存在:

转动角度与时间的关系见图2，从开始84． 66°转动到－ 8． 53°( 其中烟囱底部预留高度为3m，烟囱底部到初始触地点的距离为20m) ，估算触地时间为5． 8s。

2． 2 振动速度估算
烟囱从起爆到倒塌理论上应有4 个振动区域，即爆破、闭合、前沿触地、倒塌。爆破时采用的同段别雷管，近似认为同时爆破引起振动; 如果忽略反向力矩影响，对于35°的闭合角，从图2 可以看出，闭合振动应处于4． 75s 左右，由于其引起的振动小于仪器的触发阈值，所以振动图谱在此位置处未见明显振动。振动总体上分布在两个区域，一是爆破振动区域，二是塌落振动区域。依据上节估算，两个区域间隔时间约为5． 8s。
根据我国GB6722—2003《爆破安全规程》的规定，对埋于地下集中炸药包爆炸，其爆炸引起的质点振动速度，可采用萨道夫斯基爆破振动经验公式:

倒塌引起的地面质点振动速度为:

由计算结果可看出，爆炸振动速度远小于塌落振动速度。根据《爆破安全规程》( GB6722—2003)规定，选取被保护物的爆破振动安全速度允许范围为2． 0 ～ 3． 0cm/s，经过计算，最大振动速度为0． 3545cm/s，满足标准。
3· 振动速度监测
3． 1 布点位置
本工程采用TC—4850 爆破测振仪测试爆破及塌落振动速度和频率，烟囱倒塌方向为南偏东10°左右，在烟囱倒塌斜后方和斜前方各布有一个点，仪器编号分别为28 和69， 28 号仪器到爆炸点和塌落中心的距离分别为30m、46m; 69 号仪器爆心距与塌落中心距分别为68m、54m，仪器具体位置见图3。仪器设置采集率为2 kHz，根据估算触地时间为5． 8s，所以设置仪器采集时间长度为10s。

3． 2 仪器测试结果及FFT 频谱分析
由于本次仪器设置的触发阀值为0． 05cm/s，而总起爆药量较小，导致28 号仪器没有爆破振动的触发，由此可知其速度峰值小于0． 05cm/s，远低于建筑物的安全允许振速，不会对建筑物造成损害。69号仪器测得的振动合速度，爆破振动与塌落振动的数据见表1，图谱见图4( 合速度是同时记得的三维速度的矢量合成) 。


从图4分析可以得到振动分两个区域，第一个为爆破振动区域，持续时间为500ms左右; 第二个为塌落振动区域，持续1000ms左右，触地时刻为7000ms。假设爆破振动完毕后，预留体爆破松散失去支撑能力，那么烟囱从启动到触地大致为7000 －5 00 = 6500ms，而估算触地时间为5800ms，相差7 00ms左右。这是因为计算时忽略了铰点的反向力矩，所以持续时间会长一些。
由表1 可看出，塌落振动的频率远比爆炸振动的频率低，更接近于周围建筑物的固有频率( 3 ～11Hz) ，易因共振而导致建筑物破坏; 比较69 号仪器测得的爆炸振动速度与塌落振动速度，却发现爆炸振动速度反而大，这是因为烟囱的质量较轻，且烟囱重心比较低，因而引起塌落振动速度比较小。
为了更好地表达烟囱爆炸拆除过程中振动问题，将振动测试波形图提出两个部分，即爆炸振动与塌落振动，各自振动合速度波形见图5 与图6。


为了进一步研究振动主频，这里又采用快速傅里叶变换( FFT) 计算各自的振动主频［8］。先对当前通道波形的数据进行窗函数处理，然后做FFT 分析，寻求最大幅值下的振动频率，计算公式为:


选择69 号仪器测试原始数据分区对Z 向做FFT 频谱分析，见图7 与图8。爆破振动Z 向振动主频为90． 33Hz，塌落振动Z 向振动主频为47． 36Hz。表1 中69 号的振动主频分别为83． 33 Hz、16． 39Hz。此处FFT 频谱分析是功率图谱中能量密度最大处的频率，而仪器测试显示的主频是最大振动速度处的频率，这两种频率虽然算法不同，但同时说明了爆破振动频率大于塌落振动频率，塌落振动频率更接近于周围保护建筑的固有频率。