大断面市政公路隧道钻爆施工对环境的影响分析及对策

作者简介：陈长强（1983.03-），男，项目经理/工程师，本科，研究方向：隧道及地下工程领域。

摘 要： 随着社会经济的不断发展，城市规模的不断扩大，城市人口的剧激膨胀与有限的空间资源矛盾日益尖锐。研究表明，在 30m 的深度范围内开发相当于总面积三分之一的地下空间，就等于全部城市地面建筑的容积。因此，各国政府都比较重视，把其视为解决城市集约化矛盾的主要方法，争相发展城市地下轨道交通工程，城市地下公路交通工程，逐渐发展为城市地下综合体。向地下发展，岩石的致密性，构造单元的长期稳定性，决定了采用钻爆作为开拓地下空间的有效方法，将长期使用。因引，研究地下工程爆破对城市环境的影响，有着十分重要的现实意义。

关键词： 城市隧道;钻爆施工;环境影响;分析;对策

【中图分类号】U455.41     【文献标识码】B     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.30.044

1 工程概况

该工程作为全国断面比较大的城市公路交通工程，全长7797.32m，为双向六车道分离式隧道。青岛端接线工程云南路主隧道从东平路起，沿云南路、台西三路，下穿贵州路、青岛8号院小区，智荣中学，团岛消防站于团岛海岸部队驻地内与海底部分相接，全长 1659.02m。隧道开挖宽17.5m，高 13m，断面 186.2m2，埋深在 5-29m 之间。根据沿线的隧道埋深及建（构）筑物的特征，可将云南路主隧道分为三个区段，第一个区段为 ZK1+145-ZK1+583，该段线路侧穿 6 栋在建高层建筑，埋深在 5-15m 之间，开挖边线距楼房最近处仅3.52m。第二个区段为 ZK1+583-ZK2+237段，该段埋深在 15m-29m 之间，地表为上世纪七、八十年代的建筑物，基础多以毛石基础为主，无圈梁、构造柱，抗震性能差。第三个区段为 ZK2+237-ZK2+755 段，该段隧道下穿 8 号院小区、智荣中学，团岛消防站及部队家属院，埋深在 15m 左右，地表建筑物为上世纪七、八十年代所建，楼房老旧，结构差，抗震性能差。全线地下管线较多，主要有通信管线，热力管线，给水管线、污水管线，中煤管线、低煤管线及电力管线，管线埋深为 3-5m 之间。因此，选择云南路主隧道作为钻爆对环境的影响比较具有代表性。

2 本工程施工对环境的影响分析

根据工程所处的地理位置及周边环境，本工程钻爆施工对环境的影响主要表现在以下几个方面：

2.1 爆破振动对环境的影响

该隧道以微风化的花岗岩为主，施工中要采用钻爆作业，因此，爆破作业施工对环境影响的主要原因，其主要表现在以下几个方面。

2.1.1 爆破振动对建筑物的影响

炸药在岩体中爆炸时，大部分能量转化为冲击波和气体的膨胀力，冲击波使坚硬的物体产生裂缝，气体的膨胀使裂缝扩大，直接用于破碎围岩，少部分能量转化为地震波，这种地震波的强度随着爆距的增加而减弱，在一定范围内，当地震波达到一定强度时，会引起地表建筑物、构筑物在水平径向、水平切向和垂直方向的震动，从而造成建筑物不同程度的破坏。

2.1.2 爆破振动对地下管线的影响

施工范围内，管线众多，各种管线纵横交错，主要有给水管、雨水管、污水管、煤气、电力、网通、邮电、部队专用线等。这些管线埋深在 3-5m 之间，大多数管线有二十多年，甚至部分为解放前所埋，年久失修。爆破产生的振动会对这些管线的接头等薄弱部位发生破坏。

2.2 施工引起地表沉降对环境的影响

对于浅埋暗挖的软土隧道，隧道开挖拱顶下沉，地下水流失较多时容易使地表产生较大的沉降。其沉降范围为 A=D+2（H+h1）/tan（+准/2），式中 A 为沉降范围，D 为隧道开挖宽度，h1 为隧道开挖高度，H 为隧道埋深，准为围岩的摩擦角。当沉降值 Smax 达到一定值时，会引地表建筑物的下沉与倾斜，地下管线的断裂。地下管线有排水、污水等有水管线，特别是给水压力管线时，管线中的水喷出冲刷围岩，加速地表的下沉，甚至引起灾难性事故。目前，国内对地表沉降无统一的标准。

2.3 噪声对环境的影响

隧道为地下隐藏工程，其施工期间产生的噪音主要有以下幾个方面：

2.3.1 机械、设备噪音

机械设备产生的噪音主要有三大设备，一是空气压缩机，二是轴流通风机，三是装载机。其余设备如凿岩机等在洞内作业，噪音对居民的影响较小。另外一个噪音源是设置在洞口的临时储碴场，当二次倒运弃碴时，装碴产生的噪音也比较大。根据相关规定，工地噪音要小于 85dB（A），最高不能超过 115dB（A）。

2.3.2 爆破产生的声音

爆破产生的声音由于时间短，一般情况持续时间最多 1s，因此，容易被人们忽视。但是爆破产生的声音具有突发性，尤其是进洞 100m 范围以内，隧道的管道作用约束了声音的扩散，在洞口正前方的居民感觉声音比较大，对老人、小孩及没有心理准备的居民造成较大的影响。除此之外，施工产生的废气、粉尘、固体废弃物、生活垃圾、施工废水等也会对城市的环境造成一定的影响，在施工过程中要加以控制，使其符合国家环保及地方政府的要求。

3 针对环境影响因素所采取的对策

3.1 对爆破振动采取的措施

3.1.1 加强与居民的沟通，做好安民工作

居们一般不了解爆破施工，对爆破有着本能的恐惧，一听到爆破声音或者有轻微振动，便表现出惊慌，甚至以为发生地震。因此，消除居民的心理障碍，使其充分了解如何控制爆破振动，以及振动到什么程度会对房屋产生影响十分重要。在项目施工过程中，我们通过电视、报纸等媒体进行宣传，并请国内知名爆破专家与居民召开座谈会，讲解爆破的相关知识，使居民们知道，施工爆破振动是控制在国家相关安全标准内，不会对其房屋造成损害。通过广泛的宣传、讲解，消除了居民的恐慌心理。

3.1.2 根据具体情况，分级控制

对爆破范围内的建（构）筑物，地下管线进行详细的调查，充分了解爆破场区内的地质特征。并根据这些特征进行分级控制，能取到事半功倍的效果，不仅确保地表建（构）筑物的安全，还加快了施工进度。本工程在第一个区段（ZK1+145-ZK1+583）因市南区西部改造，附近居已全部迁走，地下管线较少，房屋皆为在建高层建筑，整体性，抗震性能较好，因此，该段振动的控制在 2cm/s 以内。第二个区段虽然埋深较深，但建筑物老旧，地下管线众多，且年久失修，因此，爆破振动控制在 1.5cm/s 以内。第三个区域下穿居民区、学校、部队等较为敏感的区域，因此爆破振动控制在 1.0cm/s 以内。

3.2 地表沉降控制措施

3.2.1 强支护，早封闭，约束变形

对于埋深浅，以回填土为主的围岩地段，采用“双侧壁导坑”、“CRD 工法”等分部施工方法，减小开挖断面，采用强支护体系，及时封闭掌子面，形成主动支护，能减小拱顶下沉、周边收敛，有效的约束变形。对于海相沉积层，以沙土为主，地下水丰富，容易引起掌子面正面坍塌。建议采用预留核心土的分部开挖方法，不仅约束拱顶下沉，周边收敛，还有有效的防止正面坍塌。

3.2.3 加强监测，动态监控

建立监测系统，隧道内为拱顶下沉、周边收敛，隧道外为地表下沉、地下管线下沉，建筑物沉降、倾斜以及建筑质点爆破振动速度。根据监测的结果及时调整施工方案及支护方案，确保各种数据控制在预警范围内。

3.3 噪音控制措施

在施工过程中，主要通过以下几个方面来控制噪音的。

3.3.1 调整作业时间，避免休息时间进行噪音大的工序

将爆破时间控制在上午 7：00-12：00 下午 13：30-19：00 之间，将弃碴二次倒运的时间控制在下午 15：00-20：00之间。此段时间居民在家的比较少，对其生活影响较低。

3.3.2 采用低噪音设备，降低设备噪音

采用商品混凝土，避免在工地建立搅拌站，消除搅拌站引起的噪音。对于空所压缩机则采用超静音空压机。普通的空气压缩机噪音一般是 88dB（A）左右，而低噪音的能控制在 75dB（A）左右。通风机采用 SFD 变级多速隧道施工风机，该机机壳采用多孔消音板加特殊吸音材料，加装消音弯头，改变吸风方向，整机运行控制。对于其它如装载机、自卸车等增加了排气孔消音设备。

3.3.3 采用屏蔽手段，消除隧道管道效应

除采用低噪音的设备外，还采取了屏蔽手段，对于空压机、通风机等设备进行屏蔽，降低其噪音。为了消除隧道的管道效应，在洞口处安装门帘，门帘采用吸音效果较好的屏蔽门，电动液压装置开启。门帘的安装不仅吸引了一部分噪音，还大幅度的减弱了冲击波的能量，降低因冲击波还引起的隧道正前方住宅玻璃的晃动。

4 结论

在城市闹市与居民聚集区进行地下工程爆破作业，其对环境的要求要比山岭隧道高得多。如果在施工过程中不加以注意，控制，必然加重对居民生活、生产的干扰，引起居民的反感，导致民扰，甚至引起社会群体性事件。

参考文献

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