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大断面城市隧道钻爆施工对环境的影响分析及对策

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摘要: 胶州湾湾口海底隧道青岛端接线工程是国内目前规模较大的,采用钻爆法施工的地下工程,在同类工程中具有较强的代表性。本文通过该工程的施工,阐述了在城市闹市区进行大规模的地下工程爆破施工对城市建筑物,居民的影响及提出对应的策略。

Abstract: Qingdao terminal wiring works of bay port harbour tunnel of Jiaozhou Bay is currently the larger scale underground project by using the construction of drilling and blasting method, and it has strong representation in similar projects. Through the construction of the project, this paper elaborated the impact of massive underground blasting construction in the city downtown on the buildings and residents and made corresponding policies.

关键词: 城市隧道;钻爆施工;环境影响;分析;对策

Key words: urban tunnel;drilling and blasting construction;environmental impact;analysis;countermeasures

中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)30-0099-03

0 引言

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。本文通过青黄海底隧道青岛端接线工程云南路主隧道为实例,研究爆破对城市环境的影响,为以后类似工程提供可以借鉴的经验。

1 工程概况

做为全国断面最大的城市公路交通工程,胶州湾湾口海底隧道北起青岛主城区东平路,南至黄岛后岔村,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,选择云南路主隧道做为钻爆对环境的影响比较具有代表性。

2 本工程施工环境影响分析

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。

2.1.3 居民对爆破振动的承受能力 当爆破产生的传至地面时,会引起地表及地面建筑物的振动,造成居民感觉不适。当振动速度控制在一定范围内时,对房屋不会造成损伤,但居民的感觉却比较强烈。根据相关研究,当振动速度

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(见地表沉降示意图1)。

其沉降范围为A=D+2(H+h1)/tan(45°+?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。根据本项目沿线建筑物及地下管线的特点,经专家论证后,采用的标准为:房屋整体性较好,地下管线较少的部位沉降■50mm;有重要管线和临近建筑物地段沉降■20mm;有给水管线、煤气管线等压力管线的地段严格控制,达到0沉降。

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几个方面:

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招开座谈会,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。

3.1.3 优化爆破参数,降低爆破振动 ①充分了解爆破区域的地质特性:这些特性包括地形、地质、水文地质、物理地质等自然条件,这些在爆破振动控制中量化为K值和α值。即要准确的测定出爆破区域内的K、α值。②要合理的选用爆破器材:选择低爆速、低猛度、低密度、高爆力的炸药。③要选择合理的掏槽形式,在以往的观测中发现,一般掏槽爆破在整个断面爆破中往往产生最大的地震动强度,因此,掏槽方式的合理与否,直接决定着振动的大小。④选择合理的爆破参数。选择合理的爆破参数,确定合理的掘进进尺是控制爆破振动的有效手段。⑤严格控制装药量。装药量的大小,尤其是同一段装药量的大小,是决定爆破振动大小的关键。根据测定的K、α,选择距离爆破点最近的建筑,利用萨式公式Qmax=R3(v/k)3/α计算出充许的最大段装药量,在进行爆破设计时,最大段装药量不能大于计算出来的允许值。⑥增加临空面,在隧道掘进当中,增加隧道的临空面能有效的降底爆破振动。⑦加强爆破振动监测,并根据监测结果调整爆破参数,确保爆破振动不超过允许值。

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。

3.2.2 严注浆,减少地下水流失 采用以堵为主,限量排放的措施,减少地下水的流失,保证地下水位,可以防止因地下水位下降导致的地表下沉。注浆一般采用水泥-水玻璃双液浆,注浆压力一般控制在1.0Mpa左右。当地下水发肓,地下水位较高时,提高注浆压力,以保证注浆效果。对于超前注浆采用双层小导管,两层小导管梅花形布置,外插角不同,不仅可以增加注浆范围,还可以减少因小导管过密而引起的切割作用。

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,我单位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。当超过20:00进行作业时,即使噪音较小,控制在85dB(A)范围内,投诉量也会急剧增加。

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低噪音的螺杆压缩机。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,整机运行控制在85dB(A)左右。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厚棉被,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。通过青黄海底隧道青岛端接线工程的施工得出如下结论:①通过报纸、电视等媒体以及开座谈会的方式与居民沟通,使其掌握相关情况,消除恐惧心理对城市进行爆破作业致关重要。②开工前,加强对爆破区域内建(构)筑的调查,详细掌握相关情况,施工时根据不同的地段进行分级控制。不仅能达到减少对环境的影响,还能起到加快施工进度,缩短总工期的作用。③爆破施工前充分掌握爆破区域内的地质情况,并进行爆破试验,计算出符合爆破区域地质的K、α,并根据该值进行限量爆破设计,控制最大段装药量,是控制爆破振动的根本。④加强施工过程中的各种监测,并根据监测结果调整施工参数,将各项指标控制在预警范围内。

参考文献:

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