摘 要：為保護(hù)隧道開挖過(guò)程中鄰近古建筑的結(jié)構(gòu)安全，基于高壓氣體膨脹破巖技術(shù)探索鄰近古建筑非爆破開挖振動(dòng)安全控制的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)具有必要性。本文依托河北某下穿長(zhǎng)城隧道工程，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外對(duì)古建筑與古跡的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)評(píng)估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對(duì)古長(zhǎng)城的振動(dòng)影響，并總結(jié)了一套標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝。研究結(jié)果表明，綜合國(guó)內(nèi)外振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)和古長(zhǎng)城結(jié)構(gòu)情況，確定古長(zhǎng)城振速安全控制標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)小于0.10 cm/s，滿足古長(zhǎng)城振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：鄰近古建筑，高壓氣體膨脹破巖，標(biāo)準(zhǔn)化振動(dòng)控制，標(biāo)準(zhǔn)化施工

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

0 引 言

隨著我國(guó)基建的快速發(fā)展，公路、鐵路網(wǎng)絡(luò)逐漸加密之后，部分新建隧道有時(shí)不得不穿越一些保留至今的古建筑，如長(zhǎng)城、古寺廟等。面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的施工環(huán)境，施工人員既要保證古建筑的結(jié)構(gòu)安全，又要安全高效地完成新建隧道施工。該類隧道的建設(shè)往往對(duì)振動(dòng)有著極為苛刻的要求，目前鉆爆法施工存在爆破擾動(dòng)大、對(duì)周圍巖體及結(jié)構(gòu)物損傷較大等問(wèn)題，無(wú)法滿足該類下穿文明遺址或鄰近古建筑的隧道設(shè)計(jì)和施工要求。高壓氣體膨脹破巖技術(shù)是近些年興起的一種新的非爆破破巖技術(shù)，為解決鄰近古建筑的隧道開挖施工過(guò)程中振動(dòng)安全控制的技術(shù)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(chǎn)生的振動(dòng)影響，判定鄰近古建筑的結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)行鄰近古建筑非爆破開挖振動(dòng)安全控制的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究具有重要意義。

本文針對(duì)河北某下穿長(zhǎng)城隧道工程，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外對(duì)古建筑與古跡的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)隧道高壓氣體膨脹破巖現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，總結(jié)了一套微擾動(dòng)高壓氣體膨脹破巖標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝，所得方法和結(jié)論可為鄰近古建筑的非爆破開挖振動(dòng)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(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)

高壓氣體膨脹破巖技術(shù)是一種低擾動(dòng)、綠色環(huán)保的破巖方法，其不涉及傳統(tǒng)爆破方式中使用的爆破藥品，減少了對(duì)周圍環(huán)境的影響[2]。然而，對(duì)于古建筑這樣的文化遺產(chǎn)，仍需進(jìn)行合理的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，以確保古建筑的完整性。

為了降低隧道施工中開挖作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)影響，避免對(duì)周圍環(huán)境和建筑物造成損傷與破壞，國(guó)內(nèi)外根據(jù)各自國(guó)內(nèi)的破巖施工振動(dòng)影響制定了相應(yīng)的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。將各國(guó)對(duì)古建筑與古跡的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖1）可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》對(duì)古建筑與古跡的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，不同頻率的振速控制值均低于德國(guó)和瑞士的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)家文物部門要求古長(zhǎng)城的允許最大沉降不應(yīng)大于15 mm，墻體傾斜的范圍不應(yīng)大于 2‰?？紤]到本工程中古長(zhǎng)城風(fēng)化嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，需要提高古長(zhǎng)城結(jié)構(gòu)損傷的安全儲(chǔ)備。參考GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，確定古長(zhǎng)城振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)值為0.10 cm/s。

2 隧道高壓氣體膨脹破巖振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

2.1 工程概況

某分離式隧道下穿長(zhǎng)城遺跡，隧址區(qū)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(tǒng)高于莊組四段白云巖。經(jīng)過(guò)測(cè)量，隧道進(jìn)口與長(zhǎng)城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m。隧道進(jìn)口與長(zhǎng)城的現(xiàn)場(chǎng)位置如圖2所示。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

為了獲得隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對(duì)長(zhǎng)城遺跡的振動(dòng)影響，本次試驗(yàn)過(guò)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(jiān)測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體布置如圖3所示。為避免數(shù)據(jù)誤采，即崩落的殘塊砸到地面所引起的振動(dòng)，并根據(jù)古長(zhǎng)城振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)值，將兩臺(tái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的觸發(fā)電平設(shè)置為0.10 cm/s。

2.3 振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)高壓氣體膨脹破巖開挖后，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)爆破振動(dòng)測(cè)試儀均處于未觸發(fā)狀態(tài)，說(shuō)明本次高壓氣體膨脹破巖開挖試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)所引起的振動(dòng)小于0.10 cm/s，即高壓氣體膨脹破巖在60 m處引起的振動(dòng)就已小于0.1 cm/s，而且隨著距離增大振動(dòng)會(huì)繼續(xù)衰減。隧道進(jìn)口與長(zhǎng)城的水平距離為85 m，垂直距離為93 m，長(zhǎng)城受保護(hù)點(diǎn)與隧道內(nèi)高壓氣體膨脹破巖點(diǎn)的距離從一開始的126 m到正下方下穿時(shí)的93 m，均大于60 m，故在下穿長(zhǎng)城的隧道施工過(guò)程中，高壓氣體膨脹破巖所引起的振動(dòng)不會(huì)對(duì)長(zhǎng)城產(chǎn)生損害，滿足古長(zhǎng)城的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

3 微擾動(dòng)高壓氣體膨脹破巖標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝

在隧道施工中，施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。標(biāo)準(zhǔn)化施工能夠提高工程施工的質(zhì)量、效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)推動(dòng)隧道工程建設(shè)的健康發(fā)展具有重要意義[5]。微擾動(dòng)高壓氣體膨脹破巖的標(biāo)準(zhǔn)化施工操作如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化鑿巖作業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化鑿巖作業(yè)需要嚴(yán)格按照隧道掌子面高壓氣體膨脹破巖參數(shù)及施工示意圖進(jìn)行鉆孔，為減少鑿巖施工過(guò)程中的混亂和錯(cuò)誤，確保鑿巖作業(yè)符合設(shè)計(jì)要求和施工標(biāo)準(zhǔn)，還需要統(tǒng)一使用標(biāo)準(zhǔn)的鑿巖設(shè)備和工具，并對(duì)鑿巖作業(yè)人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作技能和操作流程的統(tǒng)一培訓(xùn)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化裝藥作業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化裝藥作業(yè)采用人工方式在致裂孔中放置膨脹管，統(tǒng)一為裝藥作業(yè)人員配備裝藥工具，并對(duì)裝藥的位置、數(shù)量、類型以及操作注意事項(xiàng)開展操作標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，確保裝藥作業(yè)按照規(guī)范進(jìn)行，提高裝藥作業(yè)的穩(wěn)定性和一致性。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化堵孔作業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化堵孔作業(yè)采用快速凝固水泥堵孔材料進(jìn)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(tǒng)一為堵孔作業(yè)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(zhì)，禁止使用金屬桿等容易撞擊產(chǎn)生高溫的材質(zhì)，以避免意外引燃。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化接線作業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化接線作業(yè)采用直流并聯(lián)電路，利用封孔后的等待時(shí)間進(jìn)行連線，連接完成后用萬(wàn)用表測(cè)試電路。需要制定統(tǒng)一的接線方式和接線規(guī)范，并對(duì)接線人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)培訓(xùn)，建立統(tǒng)一的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和電路檢測(cè)手段。

（5）標(biāo)準(zhǔn)化起爆作業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化起爆作業(yè)采用電起爆器觸發(fā)膨脹管，膨脹管產(chǎn)生高壓氣體進(jìn)行破巖。標(biāo)準(zhǔn)化起爆作業(yè)需要統(tǒng)一操作規(guī)程和操作技術(shù)，建立健全的安全管理制度和安全操作規(guī)程，對(duì)起爆作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)制定符合安全標(biāo)準(zhǔn)的安全防護(hù)措施。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于河北某下穿長(zhǎng)城隧道工程，分析確定了古長(zhǎng)城振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)值，監(jiān)測(cè)評(píng)估了隧道高壓氣體膨脹破巖開挖對(duì)古長(zhǎng)城的振動(dòng)影響，總結(jié)了一套微擾動(dòng)高壓氣體膨脹破巖標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝，主要得出以下結(jié)論：

（1）我國(guó)對(duì)于古建筑與古跡的不同頻率的振速控制值均低于德國(guó)和瑞士的振動(dòng)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，考慮到古長(zhǎng)城風(fēng)化嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，確定古長(zhǎng)城振速安全控制標(biāo)準(zhǔn)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(wú)震感，振動(dòng)小于0.10 cm/s，滿足古長(zhǎng)城振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

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

參考文獻(xiàn)

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[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(yàn)[J].爆破，2019，36（3）：104-111.

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[5]王菊山.公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化管理探究[ J ] .中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2022（22）：196-198.

作者簡(jiǎn)介

賈玉，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣肥┕ぜ夹g(shù)與管理。

文佳，本科，工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ淌┕ぜ肮芾怼?/p>

梅敏，本科，工程師，研究方向?yàn)楣饭こ淌┕づc設(shè)計(jì)。

華珂，本科，工程師，研究方向?yàn)楣饭こ?、交通土建、路基工程?/p>

王沖，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)樗淼拦こ獭?/p>

（責(zé)任編輯：袁文靜）