引言：
随着城市化进程的加快，隧道工程建设成为了城市交通发展的重要部分，在进行隧道爆破施工时，周边地表结构的安全问题日益突出，尤其是在进口浅埋段，地表建筑受到的振动影响可能更为显著。本文结合天府新区至邛崃高速梨花山1#隧道施工过程控制为例，研究建筑振动与隧道爆破之间的关系对于确保施工安全、减少对周边环境的影响具有重要意义。
1.研究描述
1.1进口浅埋段概况
天府新区至邛崃高速梨花1#隧道位于成都市近郊，地处四川盆地西南部，隧道进口段浅埋偏压、危岩、水平岩层及小净距，并下穿多幢建筑物，且右线近接乌尤寺。进口浅埋段施工成为项目实施过程管控的关键部分，尤其是在有限空间的隧道施工，爆破作业对外部干扰的敏感性尤为显著。需要特别注意爆破作业对周边构筑物的破坏和围岩自身稳定性等安全问题。
1.2水平岩层隧道爆破概述
水平岩层隧道爆破是隧道施工中常用的方法，特别是在岩石或山区，该技术涉及使用炸药在水平岩石层中创建隧道路径，由于其穿透坚硬岩层的效率以及精确控制隧道方向和形状的特性，使其成为了隧道施工的首选方法。水平岩层隧道爆破必须仔细规划，以确保安全并尽量减少对周围结构和环境的影响，岩石类型、钻孔模式、炸药的数量和类型以及爆炸时间等都是关键的考虑因素[1]。这种方法虽然有效，但在振动控制和减轻对附近结构的不利影响方面仍有很大的改进空间。
1.3地表建筑振动与隧道爆破相关性的前期研究
先前的研究深入探索了地表建筑振动与隧道爆破之间的关系，这些研究通常侧重于测量和分析爆破作业引起的振动，以评估其对附近结构和环境的影响，主要发现包括确定影响振动水平的因素，例如距爆炸地点的距离、炸药的使用量以及该地点的地质特征。研究还深入开发了爆炸引起的振动预测模型，以实现更好的规划和控制措施。此外，研究强调了监测和减轻振动以防止表面结构损坏的重要性，特别是在隧道通常靠近敏感建筑物和基础设施的城市地区。
2.影响地表建筑振动的因素
2.1地表建筑材料的性质
地表建筑材料的性质显著影响这些结构对隧道爆破引起的振动的响应方式，不同的材料在受到振动力时具有不同水平的弹性和吸收能力。例如，建筑中常用的混凝土和钢材具有高刚度和强度，可以更好地抵抗低强度振动。然而，它们在高频振动下很容易破裂。相比之下，木材和砖石等材料可能更有效地吸收振动，但在持续振动应力下可能会出现结构完整性问题。此外，建筑的年龄、施工质量也发挥着重要作用，了解这些材料特性对于预测和减轻隧道爆破对附近结构的潜在影响至关重要[2]。
2.2距爆破场地的距离
爆破地点与地表建筑之间的距离是决定表面振动强度的关键因素。一般来说，建筑距离爆炸源越远，所经历的振动强度越低，振动能量随距离的衰减是由介入的地质材料对能量的分散和吸收造成的。然而，这种关系可能很复杂，受到土壤或岩石类型、密度以及水或空隙的存在等因素的影响，有时某些振动频率会与建筑产生共振，即使在较远的距离内也会造成更显著的影响。
2.3隧道爆破中使用的炸药量
隧道爆破中使用的炸药量与产生的振动强度成正比，较大的电荷产生更多的能量，从而导致更高的振动水平。此外，炸药的部署方式（例如爆破模式和爆炸顺序）也会影响振动的性质。例如，顺序爆破（其中装药按受控顺序引爆）可用于最大限度的减少振动影响，因此工程师必须仔细设计爆破作业，在爆破设计中使用现代技术和工艺，包括电子雷管和计算机建模，有助于确保隧道掘进的顺利实施，同时保护地表建筑。
3.研究方法
3.1测量地表建筑振动的数据采集技术
测量隧道爆破引起的地表建筑振动需要使用复杂的仪器和方法，使用的主要工具之一是地震仪，它能够检测和记录地面的振动，此设备战略性的放置在爆破现场周围和表面结构的各个点，以收集有关振动影响的全面数据。与此同时，加速度计也常用来测量振动加速度，主要是安装在建筑物的关键结构点上。此外，地震检波器可用于测量地面运动的速度。现代数据收集技术还涉及使用遥感和无人机技术来捕获不同角度和高度的结构响应，从这些仪器收集的数据对于了解振动的强度、频率和持续时间至关重要。
3.2相关性的实验设计
研究隧道爆破与地表建筑振动之间相关性的实验涉及创建模拟真实条件的受控爆破环境，并在测试区域周围放置传感器和测量设备，以捕获振动数据及其对不同材料和结构的影响。实验的设计应考虑各种因素，例如传感器距爆炸地点的距离、使用的炸药类型以及周围地质材料的成分，这种受控环境允许操纵炸药数量和距离等变量，以更好地了解它们对振动水平的影响。
3.3解释数据的分析方法
对振动测量收集的数据的解释需要复杂的分析方法，这通常涉及使用统计和计算模型来理解振动的模式和强度。应用信号处理技术滤除噪声并提高振动数据的质量。软件工具用于建模和模拟振动波通过不同介质的传播，以预测其对结构的影响。此外，还对收集的数据与既定的建筑振动标准或阈值进行比较分析，以评估风险水平。机器学习算法还可用于根据历史数据模式预测未来爆破作业的潜在影响。这种综合分析有助于得出有意义的结论并制定缓解策略，以减轻隧道爆破对地表建筑的不利影响。
4.研究结果
研究结果表明隧道爆破与地表建筑产生的振动之间存在明显联系，主要研究结果如下：（1）表面结构的振动强度随着距爆破地点距离的增加而降低。较高强度的振动主要记录在靠近爆破区域的结构中。此外，这些振动的频率各不相同，某些频率与某些结构的固有频率一致，从而导致放大效应。（2）大量的炸药始终与较高的振动强度相关。与此同时，爆破方法，包括装药顺序和分布，在控制振动水平方面也发挥着至关重要的作用。（3）不同的建筑材料对振动表现出不同程度的敏感性。混凝土和钢结构对较低强度的振动表现出更强的弹性，但有一个阈值，超过该阈值就会发生裂缝。相比之下，较旧的砖石和木结构即使在较低的振动水平下也表现出损坏的迹象[3]。（4）爆破场地和建筑物之间的地质成分显著影响振动传播。与土壤成分较软的区域相比，更致密的岩层可以更有效地传递振动，从而在更远的距离内产生更高的强度。
5.讨论
5.1结果分析
研究结果显示了隧道爆破与地表建筑的振动影响之间存在明显的相关性，这主要涉及靠近爆炸地点在确定振动强度方面的重要性、炸药尺寸对振动幅度的影响以及不同建筑材料对振动应力的不同响应。
5.2研究意义
首先，本研究强调了在隧道施工中仔细规划和执行爆破活动的必要性，特别是在敏感环境中，有关材料响应和地质影响的见解可以指导工程师制定更有效的减振策略。其次，本研究强调了建筑工地附近较旧或结构较差的建筑物的潜在风险，呼吁采取更严格的监测和保护措施。
5.3对未来研究的建议
未来的研究应侧重于完善爆炸引起的振动的预测模型，结合更多样化的地质环境和城市场景。此外，还需要调查重复振动对建筑结构的长期影响，尤其是对老建筑的影响，可以采用先进的模拟技术和机器学习来更好地预测隧道爆破的影响。
参考文献
[1]梁凯夏.仙女岩隧道进口浅埋段爆破引起地表建筑物振动特征及控制指标[D].西南交通大学，2015.
[2]王波，郭迅，郭嘉源，范晓庆，宣越，查申申.隧道爆破振动对地表建筑的影响——以京张高铁怀来段某隧道为例[J].科学技术与工程，2020,14(09):30-31.
[3]袁俊祥，王英学，张子为，黎圣林，郑长青.隔离桩对隧道爆破开挖引起建筑振动控制效果分析[J].路基工程，2021,15(07):18-19.
