隧道施工爆破震动对地面结构影响规律的研究

王蕊

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

隧道施工爆破震动对地面结构影响规律的研究

王蕊

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

近年来城市隧道施工越来越多下穿居民区，开挖爆破对地表建（构）筑物的震动危害愈来愈受人们重视。该文以山东省青岛市区某公路隧道工程掘进开挖爆破的震动安全监测项目为依托，通过现场实测，对不同的隧道取得相应实测数据并进行回归分析，得到了地面建筑基础的震动速度衰减规律，为控制隧道矿山法开挖爆破对地面结构的危害提供基础数据。

隧道工程；现场实测；建筑结构；爆破震动；速度衰减

基金论文：重庆市教委科研项目“隧道下穿村庄对建筑结构爆破振动规律的研究”（编号：KJ1604104）。

近些年，随着我国国民经济的快速增长和城市化水平的提高，交通堵塞等问题越来越严重。因为交通隧道具有占地面积少、运量大、快速、准点等优点，所以城市交通隧道的发展成为解决交通拥堵问题的首要选择［1-3］。交通隧道越来越多地从地下穿越地面已有房屋，爆破等施工震动必然对建筑结构产生影响［4-9］。近年来交通隧道多采用矿山法，施工过程中轻则噪声扰民，重则对房屋结构造成震动及破坏。

本文以山东青岛某城市隧道工程为背景，研究城市隧道下穿村庄爆破施工对地面房屋结构的影响规律。通过对现场实测数据进行回归分析，得到了地面建筑基础的震动速度衰减规律，从而判断建筑物的安全性；并把研究成果应用于实际矿山法施工，取得了良好效果。

图1　隧道陆域段下穿村镇卫星图

1　工程概况

山东青岛市某公路隧道工程，布置于花岗岩地层中，采用矿山法施工。根据设计下穿农村居民区（见图1），隧道掘进宽17m，高9m，为马蹄形断面，隧道底板至地面距离约29～40m。隧道由南向北施工，首先进入房屋结构下方时，隧道底板距离地面约29m。

该隧道施工到距离村庄500m开始，当地居民反映爆破震动感觉明显。爆破震动对地面房屋和居住人员产生了扰动，评估其爆破施工的可行性和安全性成为急需。因此，开展了本文的研究工作。

2　爆破震动下地面结构基础的实测研究

2.1采用仪器

该研究采用IDTS3850震动测试仪（图2）。该仪器可应用于特殊测试场合，优点是体积小，便于携带，分辨率高，多震动事件自动触发记录。

图2　选用的仪器

我们将测点设置在村庄住户的房屋基础上。按照测试要求，首先将传感器平稳放在基础表面，使得接触良好，保证测试的准确性。由于条件所限，爆破震动测试结合生产进行，爆区位置不断变化，爆破震动测试时，根据不同的爆区位置选择不同的测点，通过调整传感器的测试方位，使其与爆心基本保持在同一直线上，这样能较好地测得最强的建筑基础反应波频。

2.2实测数据处理

数据采集完成后，在现场（或事后）用RS232数据线与计算机的COM口相连，打开电源开关，启动软件程序，如图3所示。

我们通过现场实测得到典型的爆破测试波形图，如图4所示。

将大量的现场实测数据汇总整理为表1。

表1　现场震动实测数据

3　隧道工程爆破建筑基础震动实测数据分析

3.1爆破震动控制要求的分析

根据爆破震动对民用建筑的破坏特征，及现场爆破震动特性和周围民用建筑情况，结合《建筑地震破坏等级划分标准》第1.5条建筑地震破坏等级的规定，我们把民用建筑的破坏程度分为五个等级：基本完好、轻微损坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。见表2。

在现场实测中未发现大的裂缝，仅在窗、墙角等局部应力集中点出现非张开型裂纹，粉刷层出现细微裂纹，墙体、屋盖没有任何裂纹，因此，房屋的破坏属于轻微损坏。

2014年颁布的国家安全标准《爆破安全规程》GB6722-14［10］，规定了主要建（构）筑物的破坏判据，见表3。

现对位于该施工隧道上部的村庄房屋的保护级别进行分析：

（1）关于“土窑洞、土坯房、毛石房屋”的保护类别，目前我们还没有在现场，也没有从资料上发现村庄存在明显的这类保护对象。

（2）关于“一般古建筑与古迹”的保护类别，我们没有发现隧道穿过范围有一般的古建筑与古迹。

（3）关于“一般民用建筑物”的保护对象，村庄建筑属于这一类型。

综合考虑以上相关因素，采用为“一般民用建筑物”保护对象的安全允许震动速度范围值2.5～3cm/s，为该研究的标准振速判据。

图3　数据的预览和读取示意图

图4　爆破震动波形图

表2　建筑破坏等级标准划分

表3　爆破震动安全允许建议标准

3.2建筑结构震动规律现场实测结果分析

根据现场爆破震动实测数据表1进行分析表明，在三个探头（115、117、119）的采集数据中，探头115采集到的爆破震动速度最大，探头117和探头119采集到的爆破震动速度基本一致。

三类炮眼中，最大的震动速度峰值发生在掏槽过程当中，则探头115测得的是掏槽眼产生的爆破震动速度，根据表1得知，基础震动速度最大能达到4.6647cm/s。

而且表1显示出以下规律：随着距离的增大，爆破震动速度越来越小。

3.2.1隧道01#的爆破震动分析

根据表1可知，在序号2和序号3测得的最大爆破震动速度分别是3.8607cm/s、4.6647cm/s，超过了安全爆破震动允许速度范围值2.5～3.0cm/s。

序号1测得的爆破震动速度为2.678cm/s较安全。而且序号2测点距爆破中心的距离是30.19m，序号3测点距爆破中心的距离是29.49m，由于爆破药量一定的情况下，距离越小爆破震动速度越大，因此在现场施工时应该采取降低掏槽眼爆破药量的方法控制爆破震动效应。

通过在村庄内进行调查，发现隧道从地下通过时出现了房屋顶瓦片振落等破坏情况，同时在村内地面振感明显。

3.2.2隧道02#的爆破震动分析

根据表1可知，隧道02#爆破时地面建筑基础的最大爆破震动速度是0.5371cm/s，没有超过安全爆破震动允许速度范围值2.5～3.0cm/s。

根据隧道02#的施工距离得知测点距爆破中心最小处为69.51m，因此在同等药量爆破的情况下，就确保了爆破震动的影响较小。

3.2.3隧道03#的爆破震动分析

根据表1可知，隧道03#爆破时地面建筑基础的最大爆破震动速度是0.5404cm/s，没有超过安全爆破震动允许值2.5～3.0cm/s。根据隧道03#的施工距离得知测点距爆破中心最小处为68.70m，因此在同等药量爆破的情况下，同样确保了爆破震动对地面建筑的影响较小。

根据现场的地质及既有建（构）筑物的质量情况，在保证建（构）筑物安全运营的情况下，应采取减少爆破震动的措施。目前国内外采用震动速度作为控制参量对爆破震动安全进行评价。

目前国内外比较公认的预测爆破地震动强度的经验公式是萨道夫斯基经验公式，我国长期以来在爆破震动安全距离与质点震动计算也采用此公式：

式中：

V——质点震动速度，cm/s；

K——爆破场地系数；

Q——爆破药量，延时爆破时为最大一段药量，kg；R——质点距爆源中心的距离，m；

α——地震波衰减系数。

对公式（1）两边同时取自然对数：

Y=kX+b

根据测得的表1中的V、Q、R值，其中Q采用掏槽眼的药量，依据最小二乘法可拟合得到K、α值。K、α的点估计值分别为：

式中：n为测点数，γ为相关系数。

进而可以得到K、α值，γ=0.8264，得知震动速度衰减规律回归曲线，见图5所示。根据回归的结果，得到某工程爆破开挖过程中，质点震动速度的传播规律：

图5　震动速度衰减规律回归曲线

4　结语

该研究采用了矿山法施工，通过针对现场的建筑情况分析，确定安全允许震动速度范围值2.5～3.0cm/s为该研究的标准振速判据，确保了建筑的安全性。

通过现场实测分析得知：

（1）隧道01#爆破开挖过程中会对地面建筑物造成震动破坏。由于爆破药量一定的情况下，距离越小爆破震动速度越大，因此在现场施工时应该采取降低掏槽眼爆破药量的方法控制爆破震动效应。

（2）在隧道02#和隧道03#爆破开挖过程中，由于隧道爆破中心距底面建筑物均在60m以上，在等药量的爆破过程中，对地面建筑的震动影响较小，不会导致地面建筑产生破坏。

（3）通过对现场实测数据进行回归分析，得到了地面建筑基础的震动速度衰减规律为并将此规律运用于工程现场分析施工范围内建筑物的安全性，为确保当地居民的正常生活提供保障取得良好效果。

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［10］国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB6722-2014爆破安全规程［S］.北京：中国标准出版社，2015.

责任编辑：孙苏，李红

Studiesof Tunnel Blasting Vibration on Influence RuleofGround Building

In recentyears，moreandmore tunnels are increasingly constructed underurban residential areas；theharm effects of blasting vibration on the buildingsattractmoreandmore attentions.In this paper，based on a safetymonitoring projectof highway tunnelsin Qingdao，and the field investigation，the regression analysisof themeasured data is carried out，and the vibration velocity attenuation rule of the ground building foundation is obtained.It can offer some references for similar projects.

tunnelengineering；field investigation；building structure；blasting vibration；speed attenuation

U455.6

A

1671-9107（2016）08-0042-04

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.08.042

2016-07-06

王蕊（1984-），女，山东临沂人，研究生，讲师，主要从事建筑施工与技术工作。