鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術(shù)研究

摘 要：為保護隧道開挖過程中鄰近古建筑的結(jié)構(gòu)安全，基于高壓氣體膨脹破巖技術(shù)探索鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術(shù)具有必要性。本文依托河北某下穿長城隧道工程，對比了國內(nèi)外對古建筑與古跡的振動安全控制標準，監(jiān)測評估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對古長城的振動影響，并總結(jié)了一套標準化施工工藝。研究結(jié)果表明，綜合國內(nèi)外振動安全控制標準和古長城結(jié)構(gòu)情況，確定古長城振速安全控制標準值為0.10 cm/s；隧道高壓氣體膨脹破巖開挖距離爆源60 m處振動小于0.10 cm/s，滿足古長城振動速度安全控制標準。

關(guān)鍵詞：鄰近古建筑，高壓氣體膨脹破巖，標準化振動控制，標準化施工

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.16.040

0 引 言

隨著我國基建的快速發(fā)展，公路、鐵路網(wǎng)絡(luò)逐漸加密之后，部分新建隧道有時不得不穿越一些保留至今的古建筑，如長城、古寺廟等。面對錯綜復(fù)雜的施工環(huán)境，施工人員既要保證古建筑的結(jié)構(gòu)安全，又要安全高效地完成新建隧道施工。該類隧道的建設(shè)往往對振動有著極為苛刻的要求，目前鉆爆法施工存在爆破擾動大、對周圍巖體及結(jié)構(gòu)物損傷較大等問題，無法滿足該類下穿文明遺址或鄰近古建筑的隧道設(shè)計和施工要求。高壓氣體膨脹破巖技術(shù)是近些年興起的一種新的非爆破破巖技術(shù)，為解決鄰近古建筑的隧道開挖施工過程中振動安全控制的技術(shù)難題提供了新思路[1]。為了精確掌握隧道高壓氣體膨脹破巖開挖產(chǎn)生的振動影響，判定鄰近古建筑的結(jié)構(gòu)安全，進行鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術(shù)研究具有重要意義。

本文針對河北某下穿長城隧道工程，對比了國內(nèi)外對古建筑與古跡的振動安全控制標準，對隧道高壓氣體膨脹破巖現(xiàn)場進行了振動監(jiān)測與評估，總結(jié)了一套微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝，所得方法和結(jié)論可為鄰近古建筑的非爆破開挖振動安全控制提供參考。

1 鄰近古建筑的高壓氣體膨脹破巖振動安全控制標準

高壓氣體膨脹破巖技術(shù)是一種低擾動、綠色環(huán)保的破巖方法，其不涉及傳統(tǒng)爆破方式中使用的爆破藥品，減少了對周圍環(huán)境的影響[2]。然而，對于古建筑這樣的文化遺產(chǎn)，仍需進行合理的振動監(jiān)測和評估，以確保古建筑的完整性。

為了降低隧道施工中開挖作業(yè)產(chǎn)生的振動影響，避免對周圍環(huán)境和建筑物造成損傷與破壞，國內(nèi)外根據(jù)各自國內(nèi)的破巖施工振動影響制定了相應(yīng)的振動安全控制標準[3-4]。將各國對古建筑與古跡的振動安全控制標準進行對比（見圖1）可以發(fā)現(xiàn)，我國GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》對古建筑與古跡的振動安全控制標準最為嚴格，不同頻率的振速控制值均低于德國和瑞士的振動安全控制標準。

國家文物部門要求古長城的允許最大沉降不應(yīng)大于15 mm，墻體傾斜的范圍不應(yīng)大于 2‰?？紤]到本工程中古長城風(fēng)化嚴重，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，需要提高古長城結(jié)構(gòu)損傷的安全儲備。參考GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，確定古長城振動速度安全控制標準值為0.10 cm/s。

2 隧道高壓氣體膨脹破巖振動現(xiàn)場監(jiān)測

2.1 工程概況

某分離式隧道下穿長城遺跡，隧址區(qū)出露地層主要為第四系殘坡積成因的碎石土和震旦系卜統(tǒng)高于莊組四段白云巖。經(jīng)過測量，隧道進口與長城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m。隧道進口與長城的現(xiàn)場位置如圖2所示。

2.2 現(xiàn)場振動監(jiān)測方案

為了獲得隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對長城遺跡的振動影響，本次試驗過程中，在隧道外平地上距離隧道掌子面60 m、80 m處分別布置監(jiān)測點，現(xiàn)場監(jiān)測點具體布置如圖3所示。為避免數(shù)據(jù)誤采，即崩落的殘塊砸到地面所引起的振動，并根據(jù)古長城振動速度安全控制標準值，將兩臺振動監(jiān)測儀的觸發(fā)電平設(shè)置為0.10 cm/s。

2.3 振動監(jiān)測結(jié)果分析

現(xiàn)場高壓氣體膨脹破巖開挖后，發(fā)現(xiàn)兩臺爆破振動測試儀均處于未觸發(fā)狀態(tài)，說明本次高壓氣體膨脹破巖開挖試驗在監(jiān)測點所引起的振動小于0.10 cm/s，即高壓氣體膨脹破巖在60 m處引起的振動就已小于0.1 cm/s，而且隨著距離增大振動會繼續(xù)衰減。隧道進口與長城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m，長城受保護點與隧道內(nèi)高壓氣體膨脹破巖點的距離從一開始的126 m到正下方下穿時的93 m，均大于60 m，故在下穿長城的隧道施工過程中，高壓氣體膨脹破巖所引起的振動不會對長城產(chǎn)生損害，滿足古長城的振動安全控制標準。

3 微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝

在隧道施工中，施工工藝標準化具有重要意義。標準化施工能夠提高工程施工的質(zhì)量、效率、安全性和經(jīng)濟性，對推動隧道工程建設(shè)的健康發(fā)展具有重要意義[5]。微擾動高壓氣體膨脹破巖的標準化施工操作如下：

（1）標準化鑿巖作業(yè)

標準化鑿巖作業(yè)需要嚴格按照隧道掌子面高壓氣體膨脹破巖參數(shù)及施工示意圖進行鉆孔，為減少鑿巖施工過程中的混亂和錯誤，確保鑿巖作業(yè)符合設(shè)計要求和施工標準，還需要統(tǒng)一使用標準的鑿巖設(shè)備和工具，并對鑿巖作業(yè)人員進行標準操作技能和操作流程的統(tǒng)一培訓(xùn)。

（2）標準化裝藥作業(yè)

標準化裝藥作業(yè)采用人工方式在致裂孔中放置膨脹管，統(tǒng)一為裝藥作業(yè)人員配備裝藥工具，并對裝藥的位置、數(shù)量、類型以及操作注意事項開展操作標準培訓(xùn)，確保裝藥作業(yè)按照規(guī)范進行，提高裝藥作業(yè)的穩(wěn)定性和一致性。

（3）標準化堵孔作業(yè)

標準化堵孔作業(yè)采用快速凝固水泥堵孔材料進行人工封孔堵塞，封孔后等待20～30分鐘使堵孔材料完全凝固。統(tǒng)一為堵孔作業(yè)人員配備專門的堵孔輔助工具，堵孔輔助工具選用 PVC或木質(zhì)，禁止使用金屬桿等容易撞擊產(chǎn)生高溫的材質(zhì)，以避免意外引燃。

（4）標準化接線作業(yè)

標準化接線作業(yè)采用直流并聯(lián)電路，利用封孔后的等待時間進行連線，連接完成后用萬用表測試電路。需要制定統(tǒng)一的接線方式和接線規(guī)范，并對接線人員進行標準化作業(yè)培訓(xùn)，建立統(tǒng)一的質(zhì)量控制標準和電路檢測手段。

（5）標準化起爆作業(yè)

標準化起爆作業(yè)采用電起爆器觸發(fā)膨脹管，膨脹管產(chǎn)生高壓氣體進行破巖。標準化起爆作業(yè)需要統(tǒng)一操作規(guī)程和操作技術(shù)，建立健全的安全管理制度和安全操作規(guī)程，對起爆作業(yè)現(xiàn)場制定符合安全標準的安全防護措施。

4 結(jié) 語

本文基于河北某下穿長城隧道工程，分析確定了古長城振動安全控制標準值，監(jiān)測評估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對古長城的振動影響，總結(jié)了一套微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝，主要得出以下結(jié)論：

（1）我國對于古建筑與古跡的不同頻率的振速控制值均低于德國和瑞士的振動安全控制標準，考慮到古長城風(fēng)化嚴重，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，確定古長城振速安全控制標準值為0.10 cm/s。

（2）隧道高壓氣體膨脹破巖開挖距離爆源60 m處無震感，振動小于0.10 cm/s，滿足古長城振動速度安全控制標準。

（3）微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝包括標準化鑿巖作業(yè)、標準化裝藥作業(yè)、標準化堵孔作業(yè)、標準化接線作業(yè)和標準化起爆作業(yè)，為鄰近古建筑的非爆破開挖提供了技術(shù)參考。

參考文獻

[1]彭懷德，劉敦文，褚夫蛟，等.硬巖隧道高壓氣體膨脹破巖開挖試驗[J].巖土力學(xué)，2018，39（1）：242-248.

[2]劉敦文，張兆令，褚夫蛟，等.城市小斷面硬巖隧道高壓氣體膨脹法掏槽破巖試驗[J].爆破，2019，36（3）：104-111.

[3]爆破安全規(guī)程：GB 6722—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[4]ACHENBACH J D. Wave propagation in elastic solids[M].New York： North Holland Publishing Company， 1973.

[5]王菊山.公路隧道施工標準化管理探究[ J ] .中國標準化，2022（22）：196-198.

作者簡介

賈玉，本科，高級工程師，研究方向為公路施工技術(shù)與管理。

文佳，本科，工程師，研究方向為土木工程施工及管理。

梅敏，本科，工程師，研究方向為公路工程施工與設(shè)計。

華珂，本科，工程師，研究方向為公路工程、交通土建、路基工程。

王沖，通信作者，碩士研究生，研究方向為隧道工程。

（責任編輯：袁文靜）