旋挖钻机施工振动对附近建筑物的安全影响及环境保护研究

马银春（中铁二十一局集团第二工程有限公司　甘肃　兰州　730000）

旋挖钻机施工振动对附近建筑物的安全影响及环境保护研究

马银春
（中铁二十一局集团第二工程有限公司甘肃兰州730000）

以宝兰客专社棠渭河特大桥钻孔桩施工为依托，针对宝兰客专社棠渭河特大桥旋挖钻机在建筑物密集区的施工，对旋挖钻机施工的振动速度及振动频率进行测试，并依据国家相关标准判定是否对附近建筑物产生影响，同时在实际施工过程中进行验证，确保附近居民的人身及财产安全和环境，为同类工程的施工提供参考。

旋挖钻机；振动；建筑物；安全影响

我国是全世界最大的发展中国家，工程建设是国家发展至关重要的手段，在高速铁路快速发展的大环境下，许多桥梁需穿越城镇居民密集区，而旋挖钻机因其工作效率高、污染少等优点成为施工桥梁桩基础的首选。以宝兰客专社棠渭河特大桥钻孔桩施工为依托，研究旋挖钻机施工振动对附近建筑物的安全影响，确保附近居民的人身及财产安全和环境，避免旋挖钻机施工振动对建筑物的破坏及以此而产生的矛盾和经济损失。

1　工程概况

宝兰客专社棠渭河特大桥位于天水市麦积区，穿越城乡结合部人口密集区及村庄，附近建筑物为多为一般砖房、土坯房，部分为钢筋混凝土结构，建筑物距离线路征地线5～45m。该桥基础均为钻孔桩，桩径Φ1.25m，桩长29～68m，涉及地层有：人工填土、黏质黄土、圆砾土、泥岩，全部采用旋挖钻机进行施工。

2　旋挖钻机振动测试

2.1测试方法

选用徐工XR220DII旋挖钻机进行施工，采用TCS-B3型三向振动速度型传感器、低噪声屏蔽电缆、TC—4850振动记录仪组成观测系统，在垂直于线路方向布设5个测点，测点间距分别为5m、10m、10m、10m、10m，测点距离旋挖钻机钻头中心5m、15m、25m、35m、45m。施工前先在钻孔处埋设Φ1.5m钢护筒，高度2m，然后在旋挖钻机每次钻进时进行测试，每次钻进深度约0.6m，本次测试共计10次，深度8m。

2.2测试内容

在描述振动强度的各参数中，速度与建筑物破坏相关性最好，因此用质点振动速度来表示振动强度已逐渐被国内外学者认可。在我国有关振动安全的标准中，有许多行业采用质点振动速度作为破坏判据，因此，本次旋挖钻机振动测试内容如下：

（1）测试旋挖钻机在每次钻进时的地表质点振动速度和振动频率；

（2）测试旋挖钻机在每次钻进至不同深度情况下，地表质点振动速度和振动频率。

2.3测试仪器技术指标

（1）TCS-B3型三向振动速度型传感器技术指标。频率范围（Hz）：5～300；灵敏度（V/m/s）：28.0± 10%；输出阻抗（Ω）：380；谐波失真（%）：≤0.1；工作温度（℃）：-40～100。

（2）TC-4850测振仪技术指标通道数。通道数：3通道并行采集；采样率：1～50kHz多档可调；频响范围：5～300Hz；AD分辨率：16Bit；记录时长：1s～160s可调；触发模式：内触发/外触发；读数精度：1‰；数据传输方式：USB2.0。

2.4现场测试数据及结果分析

（以下列出第1、6、10次钻进测试数据统计表）（1）第1次钻进，钻孔深度2.6m，测试数据统计如表1。

表1　钻孔深度2.6m测试数据

（2）第6次钻进，钻孔深度 5.6m，数据统计见表2。

表2　钻孔深度5.6m测试数据

（3）第10次钻进，钻孔深度8.0m，数据统计见表3。

根据《爆破安全规程》的相关规定：频率10Hz以下时，对于土窖洞、土坯房、毛石房屋的安全允许振速为5～10mm/s；一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物的安全允许振速为20～25mm/s；考虑到旋挖钻机在钻进过程中为连续振动，因此对振动安全允许标准适当降低，取标准值的1/3，即安全允许振速土坯房等为1.7～3.3mm/s、一般砖房等为7～8mm/s。

现场进行了10次数据采集，综合现场测试数据分析，发现旋挖钻机施工振动频率为5～44Hz，波速最大为0.6mm/s、最小为0.1mm/s，均未超过民宅类土坯房屋的安全允许振速1.7～3.3mm/s。当测点距离旋挖钻机钻头中心45m时，测点未检测到振动；并随着钻孔深度的增加，可以看出，对振动波速值的影响不大。

3　避免旋挖钻机施工影响周围环境的应对技术措施

虽然振动试验数据的结果显示没影响周围房屋的安全，但还是在力所能及的范围内，减轻周围居民的心里感受，为进一步保证安全，采取主动措施，减小振动和噪音等。

表3　钻孔深度8.0m测试数据

3.1尽量减小设备的振动措施

（1）设备定期检查维护，定期和加大对旋挖钻机保养的力度，每天定时检查机械和部位的润滑部位，及时加机油、保养以减轻机械传动部位发生的振动。（2）尽量避免夜间施工，避免周围居民有振动的心里感受。

3.2噪音控制措施

（1）旋挖钻机现场按GBl2523—90《建筑施工场界噪声限值》对噪声进行控制，定期检查。（2）对旋挖钻机安装消声器并加强维修保养，降低噪音，对发出声响的机械配件安装时，采取轻取轻放的措施，（3）夜间禁止在居民区附近施工。

3.3扬尘防患及空气污染防范措施

（1）施工场地必须定期洒水养护，避免产生扬尘；（2）对不符合尾气排放标准的机械设备，限制使用。

4　结论

为了确保本次旋挖钻机施工振动测试数据的准确性和代表性，在不同的施工地点进行了两组测试，其测试方法、内容及钻孔深度等与之相同。通过两组测试数据，发现旋挖钻机施工振动频率在4～35Hz之间，波速最大为0.4mm/s、最小为0.1mm/s，均未超过民宅类土坯房屋的安全允许振速 1.7～3.3mm/s。

通过对以上三组测试数据进行整理、计算、分析，并依据《爆破安全规程》和《建筑振动工程手册》中的相关规定，结论如下：

宝兰客专社棠渭河特大桥旋挖钻机施工振动频率在4～44Hz之间，波速最大为0.6mm/s、最小为0.1mm/s。根据爆破振动安全允许标准：振动频率< 10Hz时，对于土窖洞、土坯房、毛石房屋的安全允许振速为5～10mm/s；一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物的安全允许振速为20～25mm/s；考虑到旋挖钻机在钻进过程中为连续振动，因此对振动安全允许标准适当降低，取标准值的1/3，即安全允许振速土坯房等为1.7～3.3mm/s、一般砖房等为7～8mm/s。而旋挖钻机施工振速均未超过1mm/s，说明旋挖钻机施工时引起的振动速度，在指定的区域内均未超过民宅类土坯房屋的地表质点安全允许振速 1.7～3.3mm/s；当测点距离旋挖钻机钻头中心45m时，测点未检测到振动；同时钻孔深度的增加，对振动波速值的影响不大，因此，旋挖钻机施工振动不会对附近建筑物的安全造成影响，可以指导旋挖钻机在建筑物附近的施工，即便是如此，项目部还是最大限度的采取各种措施，尽量减轻旋挖钻机施工振动的幅度，减少噪音，为同类型施工项目做了积极有益的探索，加快了施工进度，避免了矛盾，减少了经济损失。

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