鉆爆法隧道內施工噪聲分布規律分析

周 健

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

1 引言

噪聲是一類引起人煩躁或音量過強而危害人體健康的聲音[1－3]。統計表明，85 dB以上則可能發生危險，而長期工作在90 dB以上的噪聲環境中，耳聾發病率明顯增加。在人們生活中各行各業的發展和建設都會產生不同強度的噪聲，尤其在建筑施工行業，噪聲污染更顯嚴重。近年來，中國交通事業迅速發展，修建的隧道數量越來越多，尤其是在中國西南地區，由于地形原因，隧道數量大幅增加[4－5]。隨著隧道的修建伴隨而來的便是隧道噪聲問題。隧道噪聲形式主要有兩大類:一是運營隧道的噪聲，主要是隧道內車輛行駛所產生；二是在建隧道噪聲，這是由于隧道內施工所造成。

在隧道噪聲的研究中，朱文等[6]認為在隧道內利用混凝土鋪設路面比利用瀝青鋪設更利于提高隧道內的行車安全性和舒適性。高有湖等[7]通過試驗發現了在隧道內降低超低頻噪聲能量的原理，據此設計出了一種超低頻噪聲裝置，有效解決城市隧道施工對周邊居民的影響。賴滌泉[8]針對長距離鐵路隧道的實際通風需求，研制出一種長隧道施工通風用設備，可滿足施工期隧道通風要求并降低通風機械產生的噪聲。馬保國[9－11]等人通過試驗發現可以通過提高混合料孔隙率，減小最大公稱粒徑，降低瀝青路面噪聲。蔡正森[12]依托廣東省潮惠高速公路蓮花山二號隧道對露石混凝土路面降噪開展研究，發現此種材料的混凝土對降低輪胎噪聲效果較好。

總結發現，目前在隧道噪聲方面的研究整體偏少，且以上各位專家和學者的研究多集中于運營期隧道領域，偏向于解決車輛在隧道內行駛產生噪聲的情況，對于施工期內隧道噪聲規律以及危害范圍鮮有涉及。本文以某特長公路隧道為依托，對隧道內各個施工工序產生的噪聲進行研究，探明在隧道內各個工序施工時所產生的噪聲分布規律以及影響范圍，并以此為根據對下一步降低隧道內施工干擾、保障工人人身安全研究打下基礎。

2 工程背景

某特長公路隧道，設計為雙線分離式隧道，長約13 km，為雙向四車道高速公路隧道，設計速度為80 km/h；車行橫通道建筑限界凈寬4.5 m、凈高5 m，襯砌內輪廓擬定為拱高6 m的三心圓曲邊墻結構。人行橫通道建筑限界凈寬2 m、凈高2.5 m；襯砌內輪廓擬定為拱高300 cm的單心圓直邊墻結構，圍巖以Ⅲ級圍巖為主。

施工過程中根據施工條件，選用手持式鑿巖機進行鉆孔，引進阿特拉斯濕噴車，進行碴石無軌運輸，并采用巷道式通風方式。

在本隧道施工過程中各工序所用的施工機械設備見表1。

表1 隧道施工機械

隧道中各機械設備使用順序以及使用位置如圖1所示，也可由此看出在一個完整施工循環中各工序順序。首先進行鉆孔放炮，再加大通風量降低洞內粉塵濃度，然后將碴石運至洞外，最后進行噴漿和支護。

圖1 隧道施工工序

3 隧道施工噪聲測試

在礦山法隧道施工中，隧道不同里程位置處于不同的施工階段，因此在同一時間節點會產生不同工序的交叉，導致在一段時間內會產生較大的噪聲。

經過初步考察及分析，施工時會持續產生較大噪聲的幾個工序分別是鉆孔、通風以及找頂。其中:鉆孔是鉆機在巖壁鉆出孔洞為其他工序做準備，如裝藥，測量等；通風為采用風機工作為隧道提供所必需的新鮮空氣；找頂是采用人工或機械方式破除隧道掌子面附近的危巖。

因此針對以上幾個工序進行測試，具體測試項目及測試方法見表2。

表2 測試項目信息

針對以上施工階段采用噪聲測試儀器在礦山法隧道施工期間進行測試。每次測試單點讀數三次，取平均值。

3.1 鉆孔

本次測試中打鉆分為兩種方式，第一為手持風炮式鉆機，為了打孔裝藥正常開挖放炮所用，如圖2所示。這種方式即為工人手持風炮鉆機分別站在臺架的各個位置對掌子面進行鉆孔，鉆孔持續時間為4～5 h。第二為大型機械鉆機，為打卸壓孔進行預爆破所用，鉆孔深度可達10 m，鉆孔持續時間2 h左右，如圖3所示。

圖2 人工鉆孔

圖3 機械鉆孔

3.1.1 人工鉆孔

人工打鉆產生的噪聲是隧道主要噪聲之一，打鉆持續時間可達4～5 h，打鉆工作地點為隧道掌子面，鉆機數量為8個，在臺架上有多名工作人員手持鉆機同時工作。

由圖4測試結果可知，在打鉆時，越靠近掌子面，噪聲越大，最大可達到114.2 dB；隨著距離增加，在距離掌子面100 m位置處，噪聲大小為94.5 dB；距離繼續增加至150 m左右，噪聲大小為88.8 dB，直至距離鉆孔施工位置175 m左右處，風炮鉆機產生的噪聲降低至85.5 dB，達到安全允許范圍。

圖4 人工鉆孔噪聲大小

從掌子面開始直至距掌子面175 m位置處，噪聲均會對人體造成傷害，尤其是對鉆孔施工人員而言，高達114.2 dB的噪聲并且持續4 h以上。

3.1.2 機械鉆孔

為保證完整測得機械鉆機產生的噪聲分布規律并避免其他工序產生的噪聲影響，本次測試由預裂爆破機械鉆機開始向遠方行走至軸流風機噪聲范圍即停止。

機械鉆孔產生的噪聲大小隨著距離的增大基本呈現逐漸降低趨勢，機械鉆機附近產生的最大噪聲為103.2 dB，直至到達距離機械鉆機100 m位置處噪聲為85.3 dB，即降低到臨界分貝，距離增加至150 m時噪聲大小為80 dB，距離達到250 m時，噪聲大小為69.3 dB，見圖5。

圖5 機械鉆孔噪聲大小

3.2 通風

為保證隧道內工作人員安全及工作需要，隧道內通風需要采用兩種通風設備，即軸流風機、射流風機。

3.2.1 軸流風機

隧道內通風時軸流風機所產生噪聲分布見圖6，此次分別測試在軸流風機兩側測得的噪聲大小以及差別。

圖6 軸流風機噪聲大小

設定以軸流風機為原點，靠近掌子面側為負，遠離掌子面為正。

可以看出從靠近掌子面一側開始，在距軸流風機170 m處，測得分貝值最大，為86.7 dB；隨著距離減小，噪聲逐漸減小，到達軸流風機所在位置時達到最小，為75.5 dB。

穿過軸流風機到達對側后，噪聲突然增大，達到88.4 dB，然后隨著距離增大，噪聲逐漸降低。可以看出，隨著與軸流風機位置接近，所測試得的噪聲大小逐漸降低。這是因為在靠近掌子面一側因為開挖面的影響形成了一個接近封閉的空間，造成了噪聲的反常增大。

3.2.2 射流風機

射流風機位于聯絡通道，長度距離有限，因此數據測點較少，但基本可以反映射流風機工作時聯絡通道內噪聲大小及分布規律。根據具體測試數據，在射流風機旁測得的噪聲最大，達到97.5 dB；隨著距離增加在5 m位置處測得噪聲大小為90 dB；直至到達聯絡通道出口處，距離射流風機15 m，噪聲大小為87 dB，仍超過85 dB。

對比軸流風機，射流風機功率遠小于軸流風機，但測得的噪聲大小卻大于軸流風機運轉時產生的噪聲。這主要是因為在聯絡通道狹窄空間內，設備運轉產生的噪聲基本全部作用于聯絡通道空間內，形成一定密閉空間效應，導致噪聲增大。

3.3 找頂

找頂這一階段是在出碴后和初期支護施作前，為了保障掌子面附件施工人員安全而破除危巖的一個過程。

由于隧道內現場條件變化，進行了兩種工況下的測試，第一種為掌子面后方無遮擋物，第二種為掌子面后方50 m位置停放有大型施工設備。

在第一種工況測試鑿巖機破巖時測得的噪聲大小隨距離的關系，本次測試范圍為掌子面至二襯施工處。在此段空間內噪聲傳播基本呈現隨著距離的增加而逐漸降低。在掌子面附近最大噪聲為94.1 dB；隨著距離增加，在距離達到60 m左右時，噪聲降低至85.2 dB；直至距離達到200 m時，即抵達二襯施作位置，噪聲大小降低為71.7 dB，見圖7。

圖7 無阻礙下找頂噪聲

第二種工況下鑿巖機破巖時測得的噪聲大小隨距離的關系如圖8所示，本次測試范圍為由掌子面向遠方185 m左右處，與第一種工況不同的是在此工況下噪聲傳播呈現隨距離增加先降低后增加再降低的變化趨勢。

圖8 有阻礙下找頂噪聲

在距離鑿巖機45 m位置處，噪聲最小為92.8 dB；在距離鑿巖機10 m位置處測得噪聲大小為106.7 dB；在距離超過30 m之后，測得噪聲大小才會低于100 dB，對于施工人員來說處于鑿巖機附近30 m范圍內均處于危險狀態。在距離40～55 m范圍，噪聲大小隨著距離的增加出現逐漸增加的情況，主要是因為由于施工機械的遮擋，噪聲傳播空間由大至小，導致本應隨距離逐漸降低的噪聲出現反常增大；超過55 m范圍后，測得噪聲又開始隨著距離的增加逐漸降低，直至抵達二襯施工范圍時，噪聲降低至76.4 dB。

4 結論及建議

通過對鉆爆法隧道內施工期產生較大噪聲的幾個工序進行測試，主要得到以下結論和建議:

(1)在進行鉆孔施工時段內，若采用人工鉆孔方式，產生的噪聲最大為115 dB左右，會對人體造成危害的距離為175 m左右；若采用機械鉆孔的方式，產生的最大噪聲為105 dB以上，會對人體造成危害的距離為100 m左右。

(2)隧道進行通風時，軸流風機產生的最大噪聲為88 dB，對人體有危害的影響范圍為風機前后80 m左右；布置于聯絡通道內的射流風機工作時，整體聯絡通道內均為危險區域。

(3)在找頂工序時段內，若掌子面附近無遮擋物，產生的最大噪聲為95 dB左右，會對人體造成危害的區域范圍為60 m左右；若是鑿巖機工作時附近有遮擋物，實際影響范圍超過60 m，且最大噪聲也超過100 dB。

(4)在產生較大噪聲的工序工作時段內，噪聲源附近盡量不要擺放其他大型的施工設備，以免降低噪聲傳播空間，出現噪聲反常增大。

(5)在對所有持續產生噪聲的工序進行測試后，可以知道人工鉆孔的方式產生的噪聲最大，并且影響范圍最遠，建議在鉆爆法隧道內采用機械式鉆孔代替人工鉆孔方式，盡量減少作業面施工人員，降低噪聲源數量。