隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響與監控分析

李冬林 孫正財

摘要 爆破技術是隧道施工中常用的施工方法，但其施工過程中會產生震動、噪音和振動等影響因素，可能對鄰近建筑物造成不利影響。文章分析了隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響和隧道爆破施工監控技術，并結合項目實踐，詳細闡述了隧道爆破施工對鄰近下穿公路和天然氣管道的影響及監控保護措施，旨在為隧道工程爆破施工中對鄰近建筑物的影響和控制方案提供參考借鑒，以期為相關工程提供參考。

關鍵詞 隧道爆破；施工技術；鄰近建筑物；監控分析

中圖分類號 U231.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0067-04

0 引言

隧道爆破施工是隧道建設中的重要環節，然而，隧道爆破施工產生的振動、沖擊波等對鄰近建筑物的影響不容忽視，這種影響可能導致建筑物的結構破壞、墻體開裂、地基沉降等問題，嚴重時甚至可能引發安全事故。因此，研究隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響，并采取有效的監控措施，對于確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性具有重要意義。

目前，國內外學者已經對隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響進行了廣泛研究。研究內容包括振動監測技術、數值模擬分析、實地調查與修復方案等方面。然而，由于隧道施工環境的復雜性和建筑物結構的多樣性，隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響仍存在許多不確定性。因此，該文旨在探討隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響，并提出相應的監控措施，為確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性提供實踐指導。

1 隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響

隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響主要表現在以下幾個方面^[1]：

1.1 爆破振動和噪音對建筑物的影響

隧道爆破會產生巨大的震動和噪音，爆破振動通過地基傳遞給建筑物，可能引起鄰近建筑物的共振，導致結構破壞、設備故障等問題。這種影響的大小取決于多種因素，如炸藥量、爆破方法、地質條件等。如果爆破振動過大，可能會導致建筑物結構失穩或開裂，從而對建筑物的安全造成威脅。因此，在施工前需要進行詳細的監測，包括地震波測試和監測噪聲水平等指標，以確保不會對周邊環境產生過大的影響。

1.2 空氣沖擊波對建筑物的影響

隧道爆破施工會產生空氣沖擊波，這種波可以對建筑物產生一定的壓力和沖擊作用，從而導致建筑物的損壞。特別是在建筑物結構薄弱或存在缺陷的情況下，空氣沖擊波的影響會更加明顯。

1.3 個別飛散物對建筑物的影響

沖擊波也是隧道爆破施工對鄰近建筑物造成影響的重要因素。沖擊波具有高壓、高速和高能量的特點，可能對建筑物的墻體、窗戶和屋頂等造成破壞。特別是對于距離爆源較近的建筑物，沖擊波的影響更為顯著。隧道爆破施工會產生個別飛散物，如石塊、塵土等。這些飛散物可能會直接撞擊建筑物，從而導致建筑物的損壞。

1.4 土石方塌方對建筑物的影響

隧道爆破施工還可能導致地表沉降，對鄰近建筑物造成影響。地表沉降會導致建筑物的地基失穩，引發墻體開裂、結構變形等問題。隧道的開挖可能會導致土石方的坍塌，從而威脅到周圍建筑物的安全。在進行爆破作業時，需要采取有效的措施來防止或減輕這種風險，如采用合適的支護結構和防塌技術等。同時，在施工過程中要進行實時監測和預警，及時發現并處理可能出現的危險情況。

綜上所述，隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響具有多樣性和復雜性。為了確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性，必須對隧道爆破施工進行嚴格的監控和管理。同時，還應采取有效的隔振、隔爆和加固措施，降低隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響。

2 隧道爆破施工監控技術

為了確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性，需要對隧道爆破施工進行嚴格的監控和管理。隧道爆破施工監控技術，包括爆破振動監控技術、沖擊波監控技術和地表沉降監控技術等方面。具體內容如下^[2-3]：

（1）爆破振動監控技術是隧道爆破施工監控的重要手段之一。通過在爆源和鄰近建筑物上設置測振點，監測爆破振動的大小、方向和頻率等參數，從而評估爆破振動對鄰近建筑物的影響。測振儀通常采用加速度計或速度計等傳感器，能夠實時監測并記錄爆破振動的數據。通過對監測數據的分析，可以及時發現潛在的安全隱患，并采取相應的措施進行防范和應對。

（2）沖擊波監控技術也是隧道爆破施工監控的重要手段之一。沖擊波的傳播速度較快，因此需要在爆源附近設置測壓點，監測沖擊波的壓力峰值和到達時間等參數。沖擊波監測通常采用壓力傳感器或壓電傳感器等設備，能夠實時監測并記錄沖擊波的壓力峰值和到達時間等數據。通過對監測數據的分析，可以評估沖擊波對鄰近建筑物的影響，并采取相應的措施進行防范和應對。

（3）地表沉降監控技術也是隧道爆破施工監控的重要手段之一。地表沉降可能會導致鄰近建筑物的地基失穩，引發墻體開裂、結構變形等問題。因此，需要在鄰近建筑物和隧道周邊設置沉降觀測點，定期觀測地表沉降的變化情況。沉降觀測通常采用水準儀或全站儀等設備，能夠實時監測并記錄地表沉降的數據。通過對監測數據的分析，可以及時發現潛在的安全隱患，并采取相應的措施進行防范和應對。

綜上所述，隧道爆破施工監控技術是確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性的重要手段之一。通過采用不同的監控技術手段，可以實現對隧道爆破施工的全方位監控和管理，及時發現潛在的安全隱患并采取相應的措施進行防范和應對。

3 實例分析

3.1 工程概況

國道212線廣元南山隧道工程起點位于南環路（G212線）碑坪子，與國道212線既有道路順接，止點位于萬源21#公路3段，全線長約6.856 km。該項目包含南山隧道1座，為雙洞分離式隧道，左線起訖樁號為K23+070～K25+995，長2 925 m；右線起訖樁號為YK23+063～YK25+989.3，長2 926.3 m。左洞最大埋深342.6 m，右洞最大埋深345.5 m。

3.2 隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響分析

3.2.1 對下穿萬龍路結構物影響分析

隧道洞口下穿萬龍路，埋深為：左線洞頂開挖線至萬龍路路面垂直距離11.6 m，右線洞頂開挖線至萬龍路路面垂直距離14.1 m。隧道下穿萬龍路，施工過程中對圍巖的擾動可能會引起地面沉降，同時路面的車輛荷載也對圍巖造成影響，從而導致路面塌陷，進一步造成了過往車輛和行人的安全隱患。具體位置關系如圖1所示。

3.2.2 對洞口上方天然氣管道影響分析

隧道洞口上埋設有天然氣管道，管道距右線洞頂開挖線垂直距離12 m，距左線洞頂開挖線垂直距離10 m。施工過程中，圍巖的沉降會引起管道的沉降，并對管道施加拉力，可能造成管道變形或破損，從而導致天然氣泄漏。具體位置關系如圖2～3所示。

3.3 監控方案與實施

3.3.1 萬龍路監控及保護實施方案

該段落圍巖風化程度較大，穩定性較差，且萬龍路兩側分布的素填土厚度變化較大，層位穩定性差，承載力低，分布的填筑土呈稍密狀，受分層碾壓作用，進行碾壓夯實，物理力學性質較好。總體來說，該工點特殊性巖土（素填土、填筑土）對隧道影響較小，但淺埋段應注意施工手段，防止地表土體塌方、冒頂。根據現場實際情況以及爆破安全計算，隧道爆破施工對萬龍路無影響，但為確保施工安全，對下穿萬龍路段的支護進行加強。具體保護實施方案如下：

（1）增強支護參數：

1）Z5a襯砌原設計參數。①初期支護參數為，Φ22藥卷錨桿：環向間距1 m/根，縱向間距0.6 m/根；Φ8鋼筋網：雙層，網格20 cm×20 cm；I22b工字鋼：縱向0.6 m/榀；C25噴混凝土：厚28 cm。②超前支護參數為Φ108大管棚，長度40 m。

2）增強后設計參數。①初期支護，Φ22藥卷錨桿：環向間距1 m/根，縱向間距0.5 m/根；Φ8鋼筋網：雙層，網格20 cm×20 cm；I22b工字鋼：縱向0.5 m/榀；C25噴混凝土：厚28 cm。②除洞口段設Φ108大管棚外，下穿段增設Φ76中管棚。

3）仰拱和二襯及早施作，確保襯砌盡早封閉成環，提高支護能力。

4）下穿萬龍路時，先右洞開挖過萬龍路并初支封閉成環，再施作左洞開挖。

（2）萬龍路下擋墻保護。隧道洞口左洞左側有一處萬龍路的擋墻，為保證萬龍路安全運行，特在此處設置一段擋土墻以保護萬龍路下擋墻防止其滑移。擋墻設計示意圖如圖4所示。

3.3.2 天然氣管道監控及保護實施方案

洞頂上方天然氣管道屬白廣線，起于廣元市旺蒼縣白水鎮的白水清管站，止于廣元市利州區盤龍鎮的廣元末站。管道材質為Φ273×7.1L360NB無縫鋼管，采用三層PE加強級防腐外加強制電流陰極保護。管道設計壓力為5.5 MPa，運行壓力為3～3.5 MPa，通氣量為55×10⁴m³/d。隧道開挖過程中，因開挖引起的拱頂沉降會導致洞頂埋置的管道變形。同時若采用爆破開挖，則爆破產生的振動可能導致管道破損。該方案設計的基本原則是原位保護，即管道不遷移。同時，為保證隧道開挖的沉降不會對管道引起破損泄漏等危險情況，擬采用以下措施：

（1）洞口下穿天然氣管道段采用機械開挖，禁止使用爆破，以消除爆破產生的振動對管道變形的影響。

（2）加強監控量測，根據天然氣公司工作人員采用管道探測儀確定的管道路線走向，在管道通過隧道的兩側開挖線、洞頂共三個位置設置沉降觀測點。在施工前，先設置好觀測點，并記錄其初始數據，在施工過程中，每天觀測沉降情況，并做好記錄，發現異常立即停工并上報處理。具體如圖5所示。

（3）堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、緊封閉、勤量測”的原則。在施工過程中，嚴格按照設計圖紙做好超前支護，開挖不能大于一榀鋼架，開挖完成后立即施作初支，保證洞身穩定。

4 隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響控制建議

隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響具有多樣性和復雜性，包括振動、沖擊波、地表沉降和結構安全性等方面。結合前述的分析，隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響控制建議如下^[4-5]：

（1）在進行隧道爆破施工前，應對周圍環境和建筑物進行詳細的調查和分析，評估其對隧道施工的影響程度。同時，應制定相應的監控方案和措施，確保隧道施工的安全性和鄰近建筑物的穩定性。

（2）在進行隧道爆破施工過程中，應加強對爆源和鄰近建筑物的監測和控制，及時發現潛在的安全隱患并采取相應的措施進行防范和應對。同時，應加強對地表沉降的觀測和控制，避免因地表沉降導致鄰近建筑物的結構破壞和墻體開裂等問題。

（3）在進行隧道爆破施工后，應對周圍環境和建筑物進行詳細的檢查和評估，確保其結構安全性和穩定性。對于發現的問題，應及時采取相應的措施進行修復和處理，避免因隧道施工導致鄰近建筑物的安全隱患和事故發生。

（4）在未來研究中，應進一步深入探討隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響機制和控制方法。同時，應加強新技術和新方法的研究和應用，提高隧道爆破施工的效率和安全性。

5 結語

隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響是一個復雜而重要的問題。通過監控隧道爆破施工對鄰近建筑物的影響分析，可以及時評估影響程度，采取必要的措施保護建筑物的安全。因此，在隧道工程施工中應加強對鄰近建筑物的監控和分析工作，確保施工安全和保護建筑物的完整性。

參考文獻

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收稿日期：2023-12-13

作者簡介：李冬林（1986—），男，本科，工程師，從事工程管理相關工作。

通信作者：孫正財（1990—），男，碩士研究生，工程師，從事施工技術管理工作。