鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術研究

摘 要：為保護隧道開挖過程中鄰近古建筑的結構安全，基于高壓氣體膨脹破巖技術探索鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術具有必要性。本文依托河北某下穿長城隧道工程，對比了國內外對古建筑與古跡的振動安全控制標準，監測評估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對古長城的振動影響，并總結了一套標準化施工工藝。研究結果表明，綜合國內外振動安全控制標準和古長城結構情況，確定古長城振速安全控制標準值為0.10 cm/s；隧道高壓氣體膨脹破巖開挖距離爆源60 m處振動小于0.10 cm/s，滿足古長城振動速度安全控制標準。

關鍵詞：鄰近古建筑，高壓氣體膨脹破巖，標準化振動控制，標準化施工

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.16.040

0 引 言

隨著我國基建的快速發展，公路、鐵路網絡逐漸加密之后，部分新建隧道有時不得不穿越一些保留至今的古建筑，如長城、古寺廟等。面對錯綜復雜的施工環境，施工人員既要保證古建筑的結構安全，又要安全高效地完成新建隧道施工。該類隧道的建設往往對振動有著極為苛刻的要求，目前鉆爆法施工存在爆破擾動大、對周圍巖體及結構物損傷較大等問題，無法滿足該類下穿文明遺址或鄰近古建筑的隧道設計和施工要求。高壓氣體膨脹破巖技術是近些年興起的一種新的非爆破破巖技術，為解決鄰近古建筑的隧道開挖施工過程中振動安全控制的技術難題提供了新思路[1]。為了精確掌握隧道高壓氣體膨脹破巖開挖產生的振動影響，判定鄰近古建筑的結構安全，進行鄰近古建筑非爆破開挖振動安全控制的標準化技術研究具有重要意義。

本文針對河北某下穿長城隧道工程，對比了國內外對古建筑與古跡的振動安全控制標準，對隧道高壓氣體膨脹破巖現場進行了振動監測與評估，總結了一套微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝，所得方法和結論可為鄰近古建筑的非爆破開挖振動安全控制提供參考。

1 鄰近古建筑的高壓氣體膨脹破巖振動安全控制標準

高壓氣體膨脹破巖技術是一種低擾動、綠色環保的破巖方法，其不涉及傳統爆破方式中使用的爆破藥品，減少了對周圍環境的影響[2]。然而，對于古建筑這樣的文化遺產，仍需進行合理的振動監測和評估，以確保古建筑的完整性。

為了降低隧道施工中開挖作業產生的振動影響，避免對周圍環境和建筑物造成損傷與破壞，國內外根據各自國內的破巖施工振動影響制定了相應的振動安全控制標準[3-4]。將各國對古建筑與古跡的振動安全控制標準進行對比（見圖1）可以發現，我國GB 6722—2014《爆破安全規程》對古建筑與古跡的振動安全控制標準最為嚴格，不同頻率的振速控制值均低于德國和瑞士的振動安全控制標準。

國家文物部門要求古長城的允許最大沉降不應大于15 mm，墻體傾斜的范圍不應大于 2‰?？紤]到本工程中古長城風化嚴重，結構穩定性差，需要提高古長城結構損傷的安全儲備。參考GB 6722—2014《爆破安全規程》規定，確定古長城振動速度安全控制標準值為0.10 cm/s。

2 隧道高壓氣體膨脹破巖振動現場監測

2.1 工程概況

某分離式隧道下穿長城遺跡，隧址區出露地層主要為第四系殘坡積成因的碎石土和震旦系卜統高于莊組四段白云巖。經過測量，隧道進口與長城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m。隧道進口與長城的現場位置如圖2所示。

2.2 現場振動監測方案

為了獲得隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對長城遺跡的振動影響，本次試驗過程中，在隧道外平地上距離隧道掌子面60 m、80 m處分別布置監測點，現場監測點具體布置如圖3所示。為避免數據誤采，即崩落的殘塊砸到地面所引起的振動，并根據古長城振動速度安全控制標準值，將兩臺振動監測儀的觸發電平設置為0.10 cm/s。

2.3 振動監測結果分析

現場高壓氣體膨脹破巖開挖后，發現兩臺爆破振動測試儀均處于未觸發狀態，說明本次高壓氣體膨脹破巖開挖試驗在監測點所引起的振動小于0.10 cm/s，即高壓氣體膨脹破巖在60 m處引起的振動就已小于0.1 cm/s，而且隨著距離增大振動會繼續衰減。隧道進口與長城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m，長城受保護點與隧道內高壓氣體膨脹破巖點的距離從一開始的126 m到正下方下穿時的93 m，均大于60 m，故在下穿長城的隧道施工過程中，高壓氣體膨脹破巖所引起的振動不會對長城產生損害，滿足古長城的振動安全控制標準。

3 微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝

在隧道施工中，施工工藝標準化具有重要意義。標準化施工能夠提高工程施工的質量、效率、安全性和經濟性，對推動隧道工程建設的健康發展具有重要意義[5]。微擾動高壓氣體膨脹破巖的標準化施工操作如下：

（1）標準化鑿巖作業

標準化鑿巖作業需要嚴格按照隧道掌子面高壓氣體膨脹破巖參數及施工示意圖進行鉆孔，為減少鑿巖施工過程中的混亂和錯誤，確保鑿巖作業符合設計要求和施工標準，還需要統一使用標準的鑿巖設備和工具，并對鑿巖作業人員進行標準操作技能和操作流程的統一培訓。

（2）標準化裝藥作業

標準化裝藥作業采用人工方式在致裂孔中放置膨脹管，統一為裝藥作業人員配備裝藥工具，并對裝藥的位置、數量、類型以及操作注意事項開展操作標準培訓，確保裝藥作業按照規范進行，提高裝藥作業的穩定性和一致性。

（3）標準化堵孔作業

標準化堵孔作業采用快速凝固水泥堵孔材料進行人工封孔堵塞，封孔后等待20～30分鐘使堵孔材料完全凝固。統一為堵孔作業人員配備專門的堵孔輔助工具，堵孔輔助工具選用 PVC或木質，禁止使用金屬桿等容易撞擊產生高溫的材質，以避免意外引燃。

（4）標準化接線作業

標準化接線作業采用直流并聯電路，利用封孔后的等待時間進行連線，連接完成后用萬用表測試電路。需要制定統一的接線方式和接線規范，并對接線人員進行標準化作業培訓，建立統一的質量控制標準和電路檢測手段。

（5）標準化起爆作業

標準化起爆作業采用電起爆器觸發膨脹管，膨脹管產生高壓氣體進行破巖。標準化起爆作業需要統一操作規程和操作技術，建立健全的安全管理制度和安全操作規程，對起爆作業現場制定符合安全標準的安全防護措施。

4 結 語

本文基于河北某下穿長城隧道工程，分析確定了古長城振動安全控制標準值，監測評估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對古長城的振動影響，總結了一套微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝，主要得出以下結論：

（1）我國對于古建筑與古跡的不同頻率的振速控制值均低于德國和瑞士的振動安全控制標準，考慮到古長城風化嚴重，結構穩定性差，確定古長城振速安全控制標準值為0.10 cm/s。

（2）隧道高壓氣體膨脹破巖開挖距離爆源60 m處無震感，振動小于0.10 cm/s，滿足古長城振動速度安全控制標準。

（3）微擾動高壓氣體膨脹破巖標準化施工工藝包括標準化鑿巖作業、標準化裝藥作業、標準化堵孔作業、標準化接線作業和標準化起爆作業，為鄰近古建筑的非爆破開挖提供了技術參考。

參考文獻

[1]彭懷德，劉敦文，褚夫蛟，等.硬巖隧道高壓氣體膨脹破巖開挖試驗[J].巖土力學，2018，39（1）：242-248.

[2]劉敦文，張兆令，褚夫蛟，等.城市小斷面硬巖隧道高壓氣體膨脹法掏槽破巖試驗[J].爆破，2019，36（3）：104-111.

[3]爆破安全規程：GB 6722—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.

[4]ACHENBACH J D. Wave propagation in elastic solids[M].New York： North Holland Publishing Company， 1973.

[5]王菊山.公路隧道施工標準化管理探究[ J ] .中國標準化，2022（22）：196-198.

作者簡介

賈玉，本科，高級工程師，研究方向為公路施工技術與管理。

文佳，本科，工程師，研究方向為土木工程施工及管理。

梅敏，本科，工程師，研究方向為公路工程施工與設計。

華珂，本科，工程師，研究方向為公路工程、交通土建、路基工程。

王沖，通信作者，碩士研究生，研究方向為隧道工程。

（責任編輯：袁文靜）