一种紧邻居民区隧道爆破噪音与冲击波控制安全施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种紧邻居民区隧道爆破噪音与冲击波控制安全施工方法。

背景技术

钻爆法作为隧道工程占主流的施工工法，爆破施工时会产生大量的噪音和冲击波，对于近邻居民区的隧道建设，稍有不慎就会造成不良的社会影响，因此如何降低防护钻爆法施工过程中的噪音污染和冲击波破坏效应是目前亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种紧邻居民区隧道爆破噪音与冲击波控制安全施工方法，旨在有效将爆破施工中产生的噪音和空气冲击波吸收或阻隔在爆破区，从而减小对非爆破区，也即邻近居民区的影响。

为此，本发明实施例提供的紧邻居民区隧道爆破噪音与冲击波控制安全施工方法，包括如下步骤：

S1、准备工作阶段

根据建筑物保护等级和人员健康要求确定空气冲击波超压控制值ΔP

S2、隧道进洞机械开挖阶段

在开挖进洞的一定范围内采用机械开挖的方式，具备门洞建造条件后，及时施作隔音阻波门洞结构(专利申请号:202120715020.2，一种隧道爆破施工隔音阻波门洞结构)；

S3、隧道洞身隔音阻波控制爆破阶段

S31、前期施作的隔音阻波门洞结构将隧道分为爆破区和非爆破区，采用微差爆破技术进行隧道开挖，爆破作业前需进行爆破参数动态设计，隧道掌子面每次作业循环进行一次爆破参数动态调整；其中，爆破参数动态设计的具体过程为：爆破作业前首先对隧道掌子面掘进爆破方案进行初步设计，得到设计掏槽段药量Q，然后依据空气冲击波超压预测公式和振速预测公式，计算不同掌子面掘进距离R

S32、针对初步确定爆破方案进行影响分区评估

依据空气冲击波超压预测公式和振速预测公式，对初步设计的掏槽药量Q和爆心距R条件下的超压值和振速进行预测，并将超压预测值ΔP

当ΔP

当ΔP

当ΔP

S33、爆破方案和影响分区控制措施确定后进行钻爆施工，施工中同步在非爆破区实施现场监测，并根据现场监测得到的冲击波超压△P

当△P

当ΔP

当△P

具体的，在最靠近隧道口的居民区房屋的墙角布置测点，利用爆破测试仪采集震动、空气冲击波和噪音数据。

具体的，空气冲击波超压预测公式的表达式为：

其中：Q为掏槽段药量，R为爆心距；

具体的，振速预测公式的表达式为：

其中：R为爆心距，Q为掏槽段药量，V为振速，K，α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

具体的，空气冲击波超压控制值ΔP

具体的，爆破噪声控制值L

具体的，地面建筑物的爆破振动控制值V

情况一、当保护对象为毛石房屋

当f≤10Hz时，V

当10Hz

当f>50Hz时，V

情况二、当保护对象为民用建筑物

当f≤10Hz时，V

当10Hz

当f>50Hz时，V

与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：本发明通过隔音阻波门洞结构将隧道内划分为爆破区和非爆破区，考虑了爆破噪音和空气冲击波环境影响，对爆破方案进行环境影响评估并采用分区控制措施，并对爆破参数进行动态调整，严格控制掌子面不同掘进距离下的掏槽段药量，同时根据施工现场同步监测数据对影响分区控制措施进行动态调整，在保证施工安全，不影响施工进度的前提下，将炸药破岩伴随的爆破噪音和空气冲击波吸收或阻隔在爆破区，实现隧道爆破过程的精细化控制，能够最大限度减小对非爆破区内临近居民的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的流程示意图；

图2是本发明实施例隧道爆破施工示意图；

图3是本发明实施例隧道非爆破区冲击波测点布置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1，一种紧邻居民区隧道爆破噪音与冲击波控制安全施工方法，包括如下步骤：

S1、准备工作阶段

开展居民区环境调查，调查内容包括居民区建筑物结构类型、建筑物结构安全情况和周边建筑物平面位置，确定建筑物与洞口最近位置与最小距离R

S2、隧道进洞机械开挖阶段

在洞口5～10m范围，采用机械开挖进洞，配合套拱立架、超前支护、短进尺开挖、台阶法保留核心土和及时封闭仰拱等方法保证隧道进洞后结构安全，具备条件后及时施作隔音阻波门洞结构，如图2所示；

S3、隧道洞身隔音阻波控制爆破阶段

S31、前期施作的隔音阻波门洞结构将隧道分为爆破区和非爆破区，采用微差爆破技术进行隧道开挖，爆破作业前需进行爆破参数动态设计，隧道掌子面每次作业循环进行一次爆破参数动态调整；其中，爆破参数动态设计的具体过程为：爆破作业前首先对隧道掌子面掘进爆破方案进行初步设计，得到设计掏槽段药量Q，然后依据空气冲击波超压预测公式和振速预测公式，计算不同掌子面掘进距离R

空气冲击波超压预测公式的表达式为(《爆规》条13.3.2))：

振速预测公式的表达式为(《爆规》条13.2.4)：

其中：R为爆心距，Q为掏槽段药量，V为振速，K，α为与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

以贵州某高速公路隧道为例，隧道进口与最近建筑物距离为45m，此时各掘进距离R

表1掏槽段最大药量计算表

S32、针对初步确定爆破方案进行影响分区评估

依据空气冲击波超压预测公式和振速预测公式，对初步设计的掏槽药量Q和爆心距R条件下的超压值和振速进行预测，并将超压预测值ΔP

当ΔP

当ΔP

当ΔP

其中，隔音阻波门洞结构和隔音阻波台车的阻波门帘在爆破时关闭，其余时间为打开状态，保证隧道内交通运输和通风，隔音阻波台车跟随掌子面掘进向前移动。至于隔音阻波门洞结构和隔音阻波台车的具体结构，均为现有技术，在此不再赘述。

S33、爆破方案和影响分区控制措施确定后进行钻爆施工，施工中同步在非爆破区实施现场监测，并根据现场监测得到的冲击波超压△P

当△P

当ΔP

当△P

本发明通过隔音阻波门洞结构将隧道内划分为爆破区和非爆破区，考虑了爆破噪音和空气冲击波环境影响，对爆破方案进行环境影响评估并采用分区控制措施，并对爆破参数进行动态调整，严格控制掌子面不同掘进距离下的掏槽段药量，同时根据施工现场同步监测数据对影响分区控制措施进行动态调整，在保证施工安全，不影响施工进度的前提下，将炸药破岩伴随的爆破噪音和空气冲击波吸收或阻隔在爆破区，实现隧道爆破过程的精细化控制，能够最大限度减小对非爆破区内临近居民的影响。

具体的，施工中同步在非爆破区实施现场监测的具体过程为：

①爆破冲击波监测。在隧道外非爆破区关键区域布置测点，利用爆破测试仪监测数据，如图3所示，在最靠近隧道口的房屋的墙角布置测点，采集空气冲击波超压数据。按居民区居民健康要求的冲击波超压不应超过2.0kPa，以各类型建筑物结构安全为要求的冲击波超压应符合表2规定。

表2各类型建筑物结构安全冲击波超压控制值

②爆破噪音检测。爆破噪声属于瞬发性噪声，监测结果取噪声最高分贝。测点布置同爆破冲击波监测方案相同。矿山、水利、交通、铁道、基建工程等施工厂区内爆破突发噪音。夜晚不超过110dB(A)，白天不超过125dB(A)。

③爆破振速监测。测点选为保护对象的地基基础的质点峰值振动速度，测点布置同爆破冲击波监测方案相同。地面建筑物的爆破振动控制值应该结合保护对象以及质点主频率确定，如表3所示。

表3爆破振动安全允许控制值(㎝·s

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。