隧道爆破開挖對周圍民房損傷的調(diào)查與分析

改造者:王 彬 吳馳騁 顧 欣

隧道爆破開挖對周圍民房損傷的調(diào)查與分析

改造者:王 彬 吳馳騁 顧 欣

目前，因爆破振動(dòng)致使民房破壞引起的糾紛越來越多，是爆破工程面臨的一大難題。本文結(jié)合渝黔鐵路10標(biāo)三分部隧道爆破開挖項(xiàng)目，介紹安全評估的調(diào)查內(nèi)容與分析方法?，F(xiàn)場調(diào)查分析了房屋產(chǎn)生破裂的原因及其與爆破振動(dòng)的關(guān)系，通過現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的分析得到符合現(xiàn)場地質(zhì)地形條件的K、α值，通過對爆破施工現(xiàn)場的分析，得到了最大段起爆藥量。根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算確定了隧道爆破對周圍民房的影響范圍，結(jié)果較為科學(xué)、公正?？蔀轭愃乒こ烫峁﹨⒖?。

在爆破作業(yè)施工中，炸藥爆炸釋放能量，這些能量大部分用以破碎巖石，達(dá)到工程的目的，但也有少量能量以爆破地震波、爆破飛石及空氣沖擊波等形式對周圍環(huán)境形成危害，其中爆破振動(dòng)是最主要的危害，也是爆區(qū)周圍群眾反映最多的問題。

新建重慶至貴陽鐵路站前工程YQZQ-10標(biāo)段（簡稱:渝黔鐵路10標(biāo)）三分部施工區(qū)段爆破開挖項(xiàng)目在爆破施工過程中，位于爆破區(qū)域周邊居民反映爆破振動(dòng)造成房屋受損，并由此向政府部門投訴尋求處理。為妥善解決這一糾紛，我公司受相關(guān)部門委托，對該工程產(chǎn)生的爆破振動(dòng)造成周邊房屋受損影響范圍進(jìn)行評估認(rèn)定。

工程概況

渝黔鐵路10標(biāo)施工區(qū)段位于貴陽市息烽縣境內(nèi)，起訖里程為DK262+030～DK271+984.5，起始段橫跨烏江，經(jīng)烏江鎮(zhèn)，終于養(yǎng)龍司鎮(zhèn)幸福村，正線長度9.955公里。在該區(qū)段涉及隧道爆破作業(yè)的部位有10條隧道，總長3406m。爆破作業(yè)于2014年2月初經(jīng)審批同意正式開始實(shí)施。

該區(qū)域?qū)僦械蜕角治g、剖蝕、溶蝕山地地貌，地貌形態(tài)多為山巒、斜坡，植被發(fā)育，施工區(qū)域路基部分是山坡地形，隧道和橋基施工是在山體和溝谷底，使兩側(cè)民房基本處于上方。沿線地層除泥盆系、白堊系外，自第四系至震旦系地層均有出露。隧道圍巖級別劃分多數(shù)為Ⅳ級、Ⅴ級，少數(shù)為Ⅲ級。工程沿線山高坡陡、溝深路窄，部分爆破作業(yè)區(qū)段周邊臨近村寨民房，最近點(diǎn)僅10m左右。

對工程相關(guān)情況的調(diào)查

影響爆破振動(dòng)強(qiáng)度大小的因素有很多，按其可控性分為兩類:一類是人為不可控因素，如地形、地質(zhì)條件、場地條件等因素；另一類是人為可控的因素，如爆破參數(shù)、最大段起爆藥量等。為此，要判明爆破振動(dòng)影響范圍大小，需對爆破施工現(xiàn)場及周圍的地形地質(zhì)狀況、爆破作業(yè)情況、爆區(qū)周邊建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和質(zhì)量好壞進(jìn)行調(diào)查分析。

爆區(qū)周圍民房損傷調(diào)查及原因分析

經(jīng)調(diào)查，在爆破區(qū)域周邊的房屋建筑的類型以磚混結(jié)構(gòu)房屋為主（底層為標(biāo)磚，二、三層為空心磚），少量為毛石砌體結(jié)構(gòu)房屋，并有少數(shù)木結(jié)構(gòu)瓦屋頂房屋，砌體房屋多數(shù)為1-3層，個(gè)別達(dá)3層以上，現(xiàn)澆屋頂、預(yù)制板屋頂和瓦屋頂都有，木結(jié)構(gòu)房基本為單層，全部是村民自建房。大部分的民房外墻、陽臺(tái)、走廊、外側(cè)面和屋頂墻表面貼有瓷磚或刷有涂料。周邊房屋大多建于項(xiàng)目施工前，最早的建于二十多年前。村民房屋依地形而建，房屋基礎(chǔ)基本為淺層砌石條基，結(jié)構(gòu)質(zhì)量多樣，各戶承重磚墻厚基本為12-24cm，土坯、毛石墻則厚薄不一，部分房屋外觀裝飾已顯陳舊破損?？傊?，周邊房屋的建筑物形式、構(gòu)造、施工質(zhì)量、建筑材料上參差不齊，以及房屋所處地基局部場地條件各不相同，抗震能力各有高低，同樣爆破條件下，受到爆破振動(dòng)等有害效應(yīng)影響所表現(xiàn)出的破壞程度亦不同。

現(xiàn)場觀測調(diào)查到，村民反映的房屋受損主要表現(xiàn)在較多民房的內(nèi)外墻及各樓層天花板多處均有淺表層裝飾性裂縫，寬約0.2mm～1mm，多數(shù)分布在墻體兩端或與天花板距離約10cm處及頂層墻面上及門窗框角，少數(shù)抹灰層空鼓，出現(xiàn)局部天花板裝飾掉落和少數(shù)屋面（多指鋪瓦屋頂）下雨漏水及女兒墻欄水圈漏水；房屋基礎(chǔ)沒有發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。調(diào)查過程中基本上未發(fā)現(xiàn)房屋有明顯主體結(jié)構(gòu)損壞特征，絕大多數(shù)以淺表層原裝飾裝修功能受到輕微損壞為主。初步分析房屋表現(xiàn)出的損壞特征，主要來自以下幾個(gè)方面:

① 地基承載力不同，造成基礎(chǔ)的不均勻沉陷，墻體產(chǎn)生豎直或水平狀的裂紋。

② 因施工質(zhì)量不良和建材質(zhì)量不良而造成的裂紋。

③ 因使用材料的不同，如砼的水灰比不同，養(yǎng)護(hù)條件如溫度、濕度不同，造成砼溫度應(yīng)力不平衡會(huì)產(chǎn)生裂紋。

④ 砼、磚、木、石灰等不同材料的收縮量和收縮速度不同造成的干縮裂紋和熱膨脹不同造成的裂紋。

⑤ 材料本身的化學(xué)變化，風(fēng)雨的侵蝕，季節(jié)的變化，做飯燒柴、燒煤等溫度應(yīng)力的影響，都會(huì)使墻體產(chǎn)生裂紋。

⑥ 其它如爆破振動(dòng)、天然地震等外力作用下，超過一定振動(dòng)強(qiáng)度時(shí)也會(huì)產(chǎn)生裂縫。

由于上述幾種因素的綜合影響都可能造成房屋開裂損壞，而前五種是長期的影響，無法控制的，即使沒有爆破振動(dòng)等外力影響，房屋也會(huì)自然出現(xiàn)裂縫。從調(diào)查結(jié)果看，所有房屋已顯現(xiàn)的損壞程度發(fā)展趨勢與房屋距爆破區(qū)遠(yuǎn)近不具有規(guī)律性，也就是說在爆區(qū)周邊民房發(fā)現(xiàn)的損害致因是多方面的，并非全是爆破施工產(chǎn)生的震動(dòng)造成。

爆破施工情況的調(diào)查:

在委托方的協(xié)調(diào)下，對隧道爆破作業(yè)的情況進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)查閱各部位隧道爆破如蓮花山隧道、鹽倉壩隧道、先生坡隧道的《民用爆炸物品使用登記冊》后，得出在施工期間最大一次用藥時(shí)間是蓮花山隧道2014年8月7日。當(dāng)天共領(lǐng)取并用完443.1kg乳化炸藥，雷管使用5段60發(fā)、9段40 發(fā)、11段40 發(fā)、13段60發(fā)、15段80發(fā)，當(dāng)天起爆了炮孔250個(gè)，平均單孔裝藥量1.7724公斤。隧道爆破在掘進(jìn)面上通常采取孔內(nèi)分段微差簇并聯(lián)起爆網(wǎng)路，可推測最大可能簇聯(lián)的同段炮孔數(shù)為80個(gè)，即可能最大段藥量為80×1.7724=141.8kg，按此分析將141.8kg定為該單位整個(gè)標(biāo)段隧道爆破施工期間的最大單響藥量。

爆破振動(dòng)對民房影響范圍

民房的安全允許振速

各類民房的安全允許振速，可依據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的規(guī)定選取。

結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件、民房與爆區(qū)相對位置關(guān)系、爆區(qū)周邊民房結(jié)構(gòu)性質(zhì)和現(xiàn)狀，尤其應(yīng)充分考慮頻繁爆破作業(yè)造成的振動(dòng)累積效應(yīng)，同時(shí)依據(jù)檢測到的主振頻率范圍，本次評估各類民房的安全振速定為:土窯洞、土坯房、毛石房屋:0.4cm/s；一般民用建筑物:1.0cm/s。

爆破對民房影響范圍的計(jì)算

（1）計(jì)算方法

采用《爆破安全規(guī)程》中規(guī)定的計(jì)算公式計(jì)算影響范圍:

式中:R影為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大段藥量，kg；V為民房的安全允許振速，cm/s；K、α為與爆破點(diǎn)至民房間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，

由式（1）計(jì)算結(jié)果:若房屋與爆區(qū)間距小于該R影值，則房屋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損壞特征就可能包含有爆破產(chǎn)生的振動(dòng)影響的因素。

（2） K、α值的確定:

當(dāng)前對K、α值選取一般采用兩種方法:一是參閱《爆破安全規(guī)程》（GB6722—2014）取，但該規(guī)程推薦范圍很大，選取時(shí)容易帶有較大的主觀性，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際誤差較大；二是通過現(xiàn)場爆破實(shí)時(shí)檢測確定，即在爆破現(xiàn)場對正在實(shí)施的爆破進(jìn)行振動(dòng)速度和主振頻率檢測，運(yùn)用最小二乘法對所檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理，從而分析計(jì)算出K、α值。相對而言，第二種方式所得數(shù)值更符合當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件，更能客觀實(shí)際地判斷振動(dòng)影響范圍。我們選此方法進(jìn)行評估。于2015年8月7日在該項(xiàng)目段葉兒寨隧道（爆破位置樁號DK264+834）、芭蕉溝隧道（爆破位置樁號DK263+177～181）實(shí)施了隧道爆破的振動(dòng)監(jiān)測，各次爆破均布置測試點(diǎn)5個(gè)以上。根據(jù)現(xiàn)場布置的監(jiān)測線上實(shí)測的各點(diǎn)振速值，對各次測試的結(jié)果按線性回歸方法處理分析，計(jì)算出該項(xiàng)目爆破區(qū)域的場地系數(shù)K=96.63，衰減系數(shù)α=1.49。

結(jié)語

把爆破現(xiàn)場調(diào)查分析得出的最大單響藥量Q、現(xiàn)場實(shí)測分析所得出的k與α值以及各類民房的安全允許振速v代入式（1），計(jì)算得出不同結(jié)構(gòu)房屋的振動(dòng)影響范圍。具體為:對土窯洞、土坯房、毛石房屋的振動(dòng)影響半徑為207m；對一般民用建筑物的振動(dòng)影響半徑為112m。

在進(jìn)行爆破振動(dòng)安全評估時(shí)，我們以現(xiàn)場調(diào)查為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，最終評估的結(jié)論較科學(xué)、公平、可靠。因此評估結(jié)果受到各方的認(rèn)可。

王 彬 吳馳騁 顧 欣

貴州省銘豪爆破監(jiān)理有限公司

王彬（1976-）男，本科，副總經(jīng)理，主要從事工程爆破的施工、管理及監(jiān)理工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.22.001