隧道爆破施工对邻近既有隧道振动影响的研究

隧道爆破施工对邻近既有隧道振动影响的研究

发表时间：2017-07-04T09:24:56.967Z 来源：《防护工程》2017年第4期作者：欧阳劲

[导读] 通过数值模拟探讨了经验公式的可靠性，结果表明数值模拟与经验公式所得规律有较好的一致性。

湖南省勘测设计院湖南省长沙市 410000

摘要：结合大连某地隧道爆破施工工程,采用迈达斯动力数值模拟方法及经验公式,研究钻爆法施工产生的振动对既有铁路隧道的影响。通过数值模拟探讨了经验公式的可靠性，结果表明数值模拟与经验公式所得规律有较好的一致性,且经验公式更保守，证明了采用经验公式研究隧道工程爆破振动影响的可行性和正确性。

引言

随着我国地铁隧道建设的高速发展,出现了越来越多的新建隧道靠近既有建物、小净距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程[1]。在采用钻爆法施工的近接隧道工程中,要求在新建隧道临近既有隧道施工时,除了要保证新建隧道的工程质量和进度外,还必须减少或消除对既有隧道的影响,确保施工区周围人员和既有隧道的安全。目前,对靠近既有建筑物和小净距隧道等近接工程的爆破振动问题已有研究[2-6],但对爆破引起震动的经验公式与数值模拟之间误差的研究较少，因此,本文结合大连某地隧道工程,采用数值模拟和经验公式对比方法对爆破荷载作用下的振动响应进行研究。

工程概况

该两条隧道直径均为7.6m，两条并行。衬砌C20混凝土厚度55 cm。

引水隧洞与铁路隧道净距小于2D，隧道间距10m。隧道在地下27m处。另一隧洞的爆破施工对铁路主干线上处于运营中隧道的动力影响及对策是亟需解决的问题。

根据隧道设计参数和工程地质资料，建立数值模型。模型主要包括岩层单元、衬砌单元。通常网格尺寸应小于输入波动卓越频率下波长的1/10～1/8。模型中地层具有最低的剪切波速Cs=186m/s, 输入地震动的最大频率为5Hz。因此，单元最大尺寸应该为3.78～4.60 m。模型中单元最大尺寸为2 m,故满足数值模拟的单元尺寸要求。模型宽100米，高为130米，采用平面应变假设。

岩层材料性质采用弹塑性本构关系，屈服条件满足 Mohr-Coulomb 屈服准则，相关参数按照地质勘察报告取值如表1所示。

2.6吨TNT情况下，模拟结果显示隧道右壁即检测点2、6的响应最大，达到17.6cm/s, 符合安全要求，小于经验公式的计算结果。应力集中于隧道顶部，约为6.82MPa，低于衬砌的破坏强度。

综上所述，爆破产生的应力波集中在爆炸点的位置，随着时间推移向四周传导，对比数值模拟与萨道夫斯基经验公式，发现经验公式更偏于保守，在一定的情况下可以用经验公式代替数值模拟方法进行爆破药量的限制以保证工程安全。

参考文献：

[1]仇文革.地下工程近接施工力学原理与对策研究[D].成都:西南交通大学, 2003. (QIU Wenge. The Study on Mechanics Principle and Countermeasure of Approaching Excavation in Underground Works[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2003. in Chinese) [2]龚伦,仇文革,曹义.下穿楼房隧道近接施工爆破控制技术研究[J].铁道标准设计, 2006(1): 86-88. (GONG Lun, QIU Wenge, Cao Yi. Research on the Blasting Control Technology in Construction of Tunnels below High Buildings[J]. Railway Standard Design, 2006(1): 86-88. in Chinese) [3]王明年,潘晓马,张成满,等.邻近隧道爆破振动响应研究[J].岩土力学, 2004, 25(3): 412-414. (WANG Mingnian, PAN Xiaoma, ZHANG Chengman, et al. Study of Blasting Vibration Influence on Close-Spaced Tunnel[J]. Rock and Soil Mechanics, 2004, 25(3): 412-414. in Chinese) [4]郭建群,张继春,曹孝君,等.穿越高楼下的浅埋隧道掘进控制爆破技术[J].爆破, 2003, 20(1): 28-30. (GUO Jianqun, ZHANG Jichun, CAO Xiaojun, et al. Controlled Blasting Technique for Excavation of the Shallow Tunnel under High Buildings[J]. Blasting, 2003, 20(1): 28-30. in Chinese) [5]毕继红,钟建辉.邻近隧道爆破震动对既有隧道影响的研究[J].工程爆破, 2004, 10(4): 69-73. (BI Jihong, ZHONG Jianhui. Study on Influence of Blasting Vibration from Excavation of a New Tunnel on Existed Tunnel[J]. Engineering Blasting, 2004, 10(4): 69-73. in Chinese)