大斷面市政公路隧道鉆爆施工對環(huán)境的影響分析及對策

作者簡介：陳長強(qiáng)（1983.03-），男，項目經(jīng)理/工程師，本科，研究方向：隧道及地下工程領(lǐng)域。

摘 要： 隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口的劇激膨脹與有限的空間資源矛盾日益尖銳。研究表明，在 30m 的深度范圍內(nèi)開發(fā)相當(dāng)于總面積三分之一的地下空間，就等于全部城市地面建筑的容積。因此，各國政府都比較重視，把其視為解決城市集約化矛盾的主要方法，爭相發(fā)展城市地下軌道交通工程，城市地下公路交通工程，逐漸發(fā)展為城市地下綜合體。向地下發(fā)展，巖石的致密性，構(gòu)造單元的長期穩(wěn)定性，決定了采用鉆爆作為開拓地下空間的有效方法，將長期使用。因引，研究地下工程爆破對城市環(huán)境的影響，有著十分重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞： 城市隧道;鉆爆施工;環(huán)境影響;分析;對策

【中圖分類號】U455.41 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.30.044

1 工程概況

該工程作為全國斷面比較大的城市公路交通工程，全長7797.32m，為雙向六車道分離式隧道。青島端接線工程云南路主隧道從東平路起，沿云南路、臺西三路，下穿貴州路、青島8號院小區(qū)，智榮中學(xué)，團(tuán)島消防站于團(tuán)島海岸部隊駐地內(nèi)與海底部分相接，全長 1659.02m。隧道開挖寬17.5m，高 13m，斷面 186.2m2，埋深在 5-29m 之間。根據(jù)沿線的隧道埋深及建（構(gòu)）筑物的特征，可將云南路主隧道分為三個區(qū)段，第一個區(qū)段為 ZK1+145-ZK1+583，該段線路側(cè)穿 6 棟在建高層建筑，埋深在 5-15m 之間，開挖邊線距樓房最近處僅3.52m。第二個區(qū)段為 ZK1+583-ZK2+237段，該段埋深在 15m-29m 之間，地表為上世紀(jì)七、八十年代的建筑物，基礎(chǔ)多以毛石基礎(chǔ)為主，無圈梁、構(gòu)造柱，抗震性能差。第三個區(qū)段為 ZK2+237-ZK2+755 段，該段隧道下穿 8 號院小區(qū)、智榮中學(xué)，團(tuán)島消防站及部隊家屬院，埋深在 15m 左右，地表建筑物為上世紀(jì)七、八十年代所建，樓房老舊，結(jié)構(gòu)差，抗震性能差。全線地下管線較多，主要有通信管線，熱力管線，給水管線、污水管線，中煤管線、低煤管線及電力管線，管線埋深為 3-5m 之間。因此，選擇云南路主隧道作為鉆爆對環(huán)境的影響比較具有代表性。

2 本工程施工對環(huán)境的影響分析

根據(jù)工程所處的地理位置及周邊環(huán)境，本工程鉆爆施工對環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 爆破振動對環(huán)境的影響

該隧道以微風(fēng)化的花崗巖為主，施工中要采用鉆爆作業(yè)，因此，爆破作業(yè)施工對環(huán)境影響的主要原因，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1.1 爆破振動對建筑物的影響

炸藥在巖體中爆炸時，大部分能量轉(zhuǎn)化為沖擊波和氣體的膨脹力，沖擊波使堅硬的物體產(chǎn)生裂縫，氣體的膨脹使裂縫擴(kuò)大，直接用于破碎圍巖，少部分能量轉(zhuǎn)化為地震波，這種地震波的強(qiáng)度隨著爆距的增加而減弱，在一定范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)卣鸩ㄟ_(dá)到一定強(qiáng)度時，會引起地表建筑物、構(gòu)筑物在水平徑向、水平切向和垂直方向的震動，從而造成建筑物不同程度的破壞。

2.1.2 爆破振動對地下管線的影響

施工范圍內(nèi)，管線眾多，各種管線縱橫交錯，主要有給水管、雨水管、污水管、煤氣、電力、網(wǎng)通、郵電、部隊專用線等。這些管線埋深在 3-5m 之間，大多數(shù)管線有二十多年，甚至部分為解放前所埋，年久失修。爆破產(chǎn)生的振動會對這些管線的接頭等薄弱部位發(fā)生破壞。

2.2 施工引起地表沉降對環(huán)境的影響

對于淺埋暗挖的軟土隧道，隧道開挖拱頂下沉，地下水流失較多時容易使地表產(chǎn)生較大的沉降。其沉降范圍為 A=D+2（H+h1）/tan（+準(zhǔn)/2），式中 A 為沉降范圍，D 為隧道開挖寬度，h1 為隧道開挖高度，H 為隧道埋深，準(zhǔn)為圍巖的摩擦角。當(dāng)沉降值 Smax 達(dá)到一定值時，會引地表建筑物的下沉與傾斜，地下管線的斷裂。地下管線有排水、污水等有水管線，特別是給水壓力管線時，管線中的水噴出沖刷圍巖，加速地表的下沉，甚至引起災(zāi)難性事故。目前，國內(nèi)對地表沉降無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 噪聲對環(huán)境的影響

隧道為地下隱藏工程，其施工期間產(chǎn)生的噪音主要有以下幾個方面：

2.3.1 機(jī)械、設(shè)備噪音

機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪音主要有三大設(shè)備，一是空氣壓縮機(jī)，二是軸流通風(fēng)機(jī)，三是裝載機(jī)。其余設(shè)備如鑿巖機(jī)等在洞內(nèi)作業(yè)，噪音對居民的影響較小。另外一個噪音源是設(shè)置在洞口的臨時儲碴場，當(dāng)二次倒運棄碴時，裝碴產(chǎn)生的噪音也比較大。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，工地噪音要小于 85dB（A），最高不能超過 115dB（A）。

2.3.2 爆破產(chǎn)生的聲音

爆破產(chǎn)生的聲音由于時間短，一般情況持續(xù)時間最多 1s，因此，容易被人們忽視。但是爆破產(chǎn)生的聲音具有突發(fā)性，尤其是進(jìn)洞 100m 范圍以內(nèi)，隧道的管道作用約束了聲音的擴(kuò)散，在洞口正前方的居民感覺聲音比較大，對老人、小孩及沒有心理準(zhǔn)備的居民造成較大的影響。除此之外，施工產(chǎn)生的廢氣、粉塵、固體廢棄物、生活垃圾、施工廢水等也會對城市的環(huán)境造成一定的影響，在施工過程中要加以控制，使其符合國家環(huán)保及地方政府的要求。

3 針對環(huán)境影響因素所采取的對策

3.1 對爆破振動采取的措施

3.1.1 加強(qiáng)與居民的溝通，做好安民工作

居們一般不了解爆破施工，對爆破有著本能的恐懼，一聽到爆破聲音或者有輕微振動，便表現(xiàn)出驚慌，甚至以為發(fā)生地震。因此，消除居民的心理障礙，使其充分了解如何控制爆破振動，以及振動到什么程度會對房屋產(chǎn)生影響十分重要。在項目施工過程中，我們通過電視、報紙等媒體進(jìn)行宣傳，并請國內(nèi)知名爆破專家與居民召開座談會，講解爆破的相關(guān)知識，使居民們知道，施工爆破振動是控制在國家相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，不會對其房屋造成損害。通過廣泛的宣傳、講解，消除了居民的恐慌心理。

3.1.2 根據(jù)具體情況，分級控制

對爆破范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物，地下管線進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，充分了解爆破場區(qū)內(nèi)的地質(zhì)特征。并根據(jù)這些特征進(jìn)行分級控制，能取到事半功倍的效果，不僅確保地表建（構(gòu)）筑物的安全，還加快了施工進(jìn)度。本工程在第一個區(qū)段（ZK1+145-ZK1+583）因市南區(qū)西部改造，附近居已全部遷走，地下管線較少，房屋皆為在建高層建筑，整體性，抗震性能較好，因此，該段振動的控制在 2cm/s 以內(nèi)。第二個區(qū)段雖然埋深較深，但建筑物老舊，地下管線眾多，且年久失修，因此，爆破振動控制在 1.5cm/s 以內(nèi)。第三個區(qū)域下穿居民區(qū)、學(xué)校、部隊等較為敏感的區(qū)域，因此爆破振動控制在 1.0cm/s 以內(nèi)。

3.2 地表沉降控制措施

3.2.1 強(qiáng)支護(hù)，早封閉，約束變形

對于埋深淺，以回填土為主的圍巖地段，采用“雙側(cè)壁導(dǎo)坑”、“CRD 工法”等分部施工方法，減小開挖斷面，采用強(qiáng)支護(hù)體系，及時封閉掌子面，形成主動支護(hù)，能減小拱頂下沉、周邊收斂，有效的約束變形。對于海相沉積層，以沙土為主，地下水豐富，容易引起掌子面正面坍塌。建議采用預(yù)留核心土的分部開挖方法，不僅約束拱頂下沉，周邊收斂，還有有效的防止正面坍塌。

3.2.3 加強(qiáng)監(jiān)測，動態(tài)監(jiān)控

建立監(jiān)測系統(tǒng)，隧道內(nèi)為拱頂下沉、周邊收斂，隧道外為地表下沉、地下管線下沉，建筑物沉降、傾斜以及建筑質(zhì)點爆破振動速度。根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果及時調(diào)整施工方案及支護(hù)方案，確保各種數(shù)據(jù)控制在預(yù)警范圍內(nèi)。

3.3 噪音控制措施

在施工過程中，主要通過以下幾個方面來控制噪音的。

3.3.1 調(diào)整作業(yè)時間，避免休息時間進(jìn)行噪音大的工序

將爆破時間控制在上午 7：00-12：00 下午 13：30-19：00 之間，將棄碴二次倒運的時間控制在下午 15：00-20：00之間。此段時間居民在家的比較少，對其生活影響較低。

3.3.2 采用低噪音設(shè)備，降低設(shè)備噪音

采用商品混凝土，避免在工地建立攪拌站，消除攪拌站引起的噪音。對于空所壓縮機(jī)則采用超靜音空壓機(jī)。普通的空氣壓縮機(jī)噪音一般是 88dB（A）左右，而低噪音的能控制在 75dB（A）左右。通風(fēng)機(jī)采用 SFD 變級多速隧道施工風(fēng)機(jī)，該機(jī)機(jī)殼采用多孔消音板加特殊吸音材料，加裝消音彎頭，改變吸風(fēng)方向，整機(jī)運行控制。對于其它如裝載機(jī)、自卸車等增加了排氣孔消音設(shè)備。

3.3.3 采用屏蔽手段，消除隧道管道效應(yīng)

除采用低噪音的設(shè)備外，還采取了屏蔽手段，對于空壓機(jī)、通風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行屏蔽，降低其噪音。為了消除隧道的管道效應(yīng)，在洞口處安裝門簾，門簾采用吸音效果較好的屏蔽門，電動液壓裝置開啟。門簾的安裝不僅吸引了一部分噪音，還大幅度的減弱了沖擊波的能量，降低因沖擊波還引起的隧道正前方住宅玻璃的晃動。

4 結(jié)論

在城市鬧市與居民聚集區(qū)進(jìn)行地下工程爆破作業(yè)，其對環(huán)境的要求要比山嶺隧道高得多。如果在施工過程中不加以注意，控制，必然加重對居民生活、生產(chǎn)的干擾，引起居民的反感，導(dǎo)致民擾，甚至引起社會群體性事件。

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