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[摘 要]以新岭隧道为工程背景，分析爆破施工对近距既有隧道的振动影响，并根据相关的研究资料分析得出振动速度对于驾乘人员舒适性的影响，确定在保证驾乘人员舒适性条件下的容许最大振动速度；其次采用测试条件下最大振动速度、最大单段药量、布点到爆区中心的距离，根据工程实际得萨氏公式系数，利用公式计算在容许最大振动速度下的最大单段药量，以此标准，提出爆破安全控制基准，减小新建隧道对于近距既有隧道驾乘人员舒适性的影响。
[关键词]隧道 振动 舒适性 萨道夫斯基公式 控制基准
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0057-01
1. 依托工程概况
新岭隧道既有新岭隧道采用双向四车道的标准设计，左洞长1413m，右洞长1432.5m，单洞行车道宽度2×3.75m，单个隧道宽度10.75m，净高5.0m，隧道最大埋深156m，设计行车速度120km/h。新建新岭（分离式）隧道，左洞隧道长1360米，右洞隧道长1459米，为双向6车道高速公路，设计时速120km/h，路基宽42米。隧道工程地形起伏较大，丘陵区顶部高程约273.3m。隧道围岩以寒武系炭质页岩、泥质灰岩、震旦系粉砂岩地层为主，岩体理节裂隙发育，较破碎，质较坚硬。隧道左洞净距为29m～39m，隧道右洞净距为28m～40m。新、老隧道间距较小，老隧道是来往省会与各城市间的交通要道，车流量大，运输繁忙，在施工期间也将会保持营运状态，新隧道的开挖施工将不可避免地对老隧道的围岩稳定、结构安全及营运舒适产生极大影响。
2. 分析国内外爆破振动对既有构筑物影响的安全基准的研究
现状研究发现，在造成结构物实际损坏的情况中97%以上与7.1 cm/s或更高的地表振动速度有关。也有迹象表明地面振动速度为13.7 cm/s时，有50%的概率引起较小的破坏。由于问题的复杂性，针对不同的震源，有不同的标准。目前，各国采用何种表示方法有所不同，主要有以加速度作为质点振动强度的参数、以速度作为质点振动强度的参数和以速度-频率作为振动强度的判据。
2.1 （GB6722-2003）的安全标准
《爆破安全规程》的安全标准， 以震动速度作为判别依据， 规定了一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足的安全震动速度要求， 没有考虑震波传播条件、建筑物质量及自震频率等， 如下表所示。
2.2 德国DIN4150标准（4150-3-1999）
德国DIN4150标准是国际上非常苛刻的标准，其第二部分主要考虑振动对人体的影响，第三部分主要考虑对结构的影响。该标准根据建筑物类型，并考虑振动的连续性将建筑物或构筑物。
2.3 其他爆破振动安全标准
很多国家、地区和相关协会组织都设有推荐标准，以下作两处列举。
爱尔兰国家公路部门（NRA）提出的爆破振动破坏判据（表1），
大量研究表明：峰值质点速度是估计介质承受震动破坏等级的最好标准，目前关于爆破振动的研究也大多是以振动速度为依据的，主要是离既有构筑物距离近时，应采用控制爆破使开挖范围外的岩石引起的爆破振动速度最小，使之不影响既有构筑物的安全及使用。
根据已有的资料及《爆破安全规程》控制标准：在保证邻近隧道结构性安全的情况下，爆破振动速度应控制在15cm/s以下。隧道钻爆开挖时，应尽可能采取减少爆破振动的措施。但由于邻近既有隧道岩土情况的复杂性，衬砌结构长期运营已产生大量病害，控制标准应在《爆破安全规程》规定的基础上更加严格。
3. 人对振动的生理反应
人体承受垂直振动的频率处于4～8Hz范围内时，人体振動达到峰值，它主要由胸部共振产生，将这一频率范围称作第一共振频率。10Hz左右，腹部会产生共振，称作第二共振频率，对腹部内脏影响较大。同吋在全体振动下，人体还会产生局部器官的共振。除胸腔内脏和腹腔内脏的共振频率分别为4～8Hz和10Hz外，人头部的共振频率约为20～30Hz和500～1000Hz，手为30～40Hz，腔、鼻、喉等为20～30Hz和1000～1500Hz，上下颔的共振频率则为6～8Hz。由于评价汽车的舒适性时，人体最容易产生共振也就是最敏感的振动频率在垂直方向是4～8Hz。人体对频率在3Hz以下水平振动比垂直振动更敏感。在此范围内，汽车车身部分系统也容易产生共振。
综上所述，当加速度干扰大于1.5 m·时乘客的安全舒适性较差，取加速度干扰等于1.5m·作为一个临界值；人体的平均固有频率约为 4～5Hz，一般可取4.5Hz
由正弦加速度与速度与频率的关系公式得出：a=2πfv ；其中加速度（用a表示）m/s^2 ；频率（用f表示）Hz；振动速度（用v表示）
V=α/2πf=1.5/（2*π*4.5）（m/s）=0.0531（m/s）=5.31（cm/s）
4. 基于人员心理状态下的爆破安全控制基准
不同的驾驶员，当他们通过同一个路面状况时会有不同的心理紧张。一般是驾龄长、对道路熟悉程度高的驾驶员车速偏高、心理紧张偏低。同时，两隧道间距越小，爆破传递的能量损失越低，对于爆破强度控制越严格。
在考虑到不同驾驶员的心理紧张程度，以及隧道情况，建议限制的合适的既有隧道的振动速度小于5.31cm/s。偏安全的对于最小安全速度取整5cm/s.
采用萨氏公式表达：
式中：V为爆破时质点最大振动速度；Q为单响最大药量；R 为布点至爆点的距离；，a为反映爆破方式与地质条件等综合影响的回归待定统计系数。根据本工程地质K取180，α取1.7，最小隧道净距取R=28m。将现实条件下的数据代入萨氏公式中，既得单响最大药量Q=39.36kg.
5. 结论
国内现有的建隧道施工中爆破振动对既有隧道安全性的控制标准一般是基于隧道结构自身安全制定的，而没有考虑既有运营隧道行车过程中人员的舒适性程度，就目前安全控制基准而言，在满足结构安全的条件下，不一定能满足行车人员的舒适度标准，甚至突发的爆破振动在造成驾乘人员心理紧张的同时可能引发交通事故。所以在进行临近隧道爆破施工时，还需要着力讨论在爆破施工的条件下，对既有隧道驾乘人员舒适性的影响，以确定合适的爆破安全基准。
参考文献
[1] 焦永斌.爆破地震安全评定标准初探.爆破，1995（3）：45～47.
[2] GB6722-86爆破安全规程.
[3] 德国建筑标准DIN 4150-3-1999.
[关键词]隧道 振动 舒适性 萨道夫斯基公式 控制基准
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0057-01
1. 依托工程概况
新岭隧道既有新岭隧道采用双向四车道的标准设计，左洞长1413m，右洞长1432.5m，单洞行车道宽度2×3.75m，单个隧道宽度10.75m，净高5.0m，隧道最大埋深156m，设计行车速度120km/h。新建新岭（分离式）隧道，左洞隧道长1360米，右洞隧道长1459米，为双向6车道高速公路，设计时速120km/h，路基宽42米。隧道工程地形起伏较大，丘陵区顶部高程约273.3m。隧道围岩以寒武系炭质页岩、泥质灰岩、震旦系粉砂岩地层为主，岩体理节裂隙发育，较破碎，质较坚硬。隧道左洞净距为29m～39m，隧道右洞净距为28m～40m。新、老隧道间距较小，老隧道是来往省会与各城市间的交通要道，车流量大，运输繁忙，在施工期间也将会保持营运状态，新隧道的开挖施工将不可避免地对老隧道的围岩稳定、结构安全及营运舒适产生极大影响。
2. 分析国内外爆破振动对既有构筑物影响的安全基准的研究
现状研究发现，在造成结构物实际损坏的情况中97%以上与7.1 cm/s或更高的地表振动速度有关。也有迹象表明地面振动速度为13.7 cm/s时，有50%的概率引起较小的破坏。由于问题的复杂性，针对不同的震源，有不同的标准。目前，各国采用何种表示方法有所不同，主要有以加速度作为质点振动强度的参数、以速度作为质点振动强度的参数和以速度-频率作为振动强度的判据。
2.1 （GB6722-2003）的安全标准
《爆破安全规程》的安全标准， 以震动速度作为判别依据， 规定了一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足的安全震动速度要求， 没有考虑震波传播条件、建筑物质量及自震频率等， 如下表所示。
2.2 德国DIN4150标准（4150-3-1999）
德国DIN4150标准是国际上非常苛刻的标准，其第二部分主要考虑振动对人体的影响，第三部分主要考虑对结构的影响。该标准根据建筑物类型，并考虑振动的连续性将建筑物或构筑物。
2.3 其他爆破振动安全标准
很多国家、地区和相关协会组织都设有推荐标准，以下作两处列举。
爱尔兰国家公路部门（NRA）提出的爆破振动破坏判据（表1），
大量研究表明：峰值质点速度是估计介质承受震动破坏等级的最好标准，目前关于爆破振动的研究也大多是以振动速度为依据的，主要是离既有构筑物距离近时，应采用控制爆破使开挖范围外的岩石引起的爆破振动速度最小，使之不影响既有构筑物的安全及使用。
根据已有的资料及《爆破安全规程》控制标准：在保证邻近隧道结构性安全的情况下，爆破振动速度应控制在15cm/s以下。隧道钻爆开挖时，应尽可能采取减少爆破振动的措施。但由于邻近既有隧道岩土情况的复杂性，衬砌结构长期运营已产生大量病害，控制标准应在《爆破安全规程》规定的基础上更加严格。
3. 人对振动的生理反应
人体承受垂直振动的频率处于4～8Hz范围内时，人体振動达到峰值，它主要由胸部共振产生，将这一频率范围称作第一共振频率。10Hz左右，腹部会产生共振，称作第二共振频率，对腹部内脏影响较大。同吋在全体振动下，人体还会产生局部器官的共振。除胸腔内脏和腹腔内脏的共振频率分别为4～8Hz和10Hz外，人头部的共振频率约为20～30Hz和500～1000Hz，手为30～40Hz，腔、鼻、喉等为20～30Hz和1000～1500Hz，上下颔的共振频率则为6～8Hz。由于评价汽车的舒适性时，人体最容易产生共振也就是最敏感的振动频率在垂直方向是4～8Hz。人体对频率在3Hz以下水平振动比垂直振动更敏感。在此范围内，汽车车身部分系统也容易产生共振。
综上所述，当加速度干扰大于1.5 m·时乘客的安全舒适性较差，取加速度干扰等于1.5m·作为一个临界值；人体的平均固有频率约为 4～5Hz，一般可取4.5Hz
由正弦加速度与速度与频率的关系公式得出：a=2πfv ；其中加速度（用a表示）m/s^2 ；频率（用f表示）Hz；振动速度（用v表示）
V=α/2πf=1.5/（2*π*4.5）（m/s）=0.0531（m/s）=5.31（cm/s）
4. 基于人员心理状态下的爆破安全控制基准
不同的驾驶员，当他们通过同一个路面状况时会有不同的心理紧张。一般是驾龄长、对道路熟悉程度高的驾驶员车速偏高、心理紧张偏低。同时，两隧道间距越小，爆破传递的能量损失越低，对于爆破强度控制越严格。
在考虑到不同驾驶员的心理紧张程度，以及隧道情况，建议限制的合适的既有隧道的振动速度小于5.31cm/s。偏安全的对于最小安全速度取整5cm/s.
采用萨氏公式表达：
式中：V为爆破时质点最大振动速度；Q为单响最大药量；R 为布点至爆点的距离；，a为反映爆破方式与地质条件等综合影响的回归待定统计系数。根据本工程地质K取180，α取1.7，最小隧道净距取R=28m。将现实条件下的数据代入萨氏公式中，既得单响最大药量Q=39.36kg.
5. 结论
国内现有的建隧道施工中爆破振动对既有隧道安全性的控制标准一般是基于隧道结构自身安全制定的，而没有考虑既有运营隧道行车过程中人员的舒适性程度，就目前安全控制基准而言，在满足结构安全的条件下，不一定能满足行车人员的舒适度标准，甚至突发的爆破振动在造成驾乘人员心理紧张的同时可能引发交通事故。所以在进行临近隧道爆破施工时，还需要着力讨论在爆破施工的条件下，对既有隧道驾乘人员舒适性的影响，以确定合适的爆破安全基准。
参考文献
[1] 焦永斌.爆破地震安全评定标准初探.爆破，1995（3）：45～47.
[2] GB6722-86爆破安全规程.
[3] 德国建筑标准DIN 4150-3-1999.