新建隧道爆破对既有线隧道的影响分析.pdf

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1、至Q!三生箜2塑i望箜!鱼至翅l江酉建挝童通王猩新建隧道爆破对既有线隧道的影响分析■李萍萍1，刘征2■1．杨凌职业技术学院，陕西咸阳712100；2．陕西方元建筑工程有限公司。陕西咸阳712100摘要：本文主要研究了在新建隧道爆破施工时，既有隧道的重点监测点应该选在何处，以实际的工程为依托，进行了有限元的相关数值模拟及分析。关键词：既有隧道爆破数值模拟1工程概况新建的小瓢沟隧道与既有大瓢沟隧道为小净距隧道，隧道起始里程是DK79+993，隧道终止里程为DK80+570，隧道的全长约为577m，隧道的最大

2、埋深是210m。在本工程中，既有隧道与新建隧道的平面关系图如图l所示。2模型的建立既通过三维隧道爆破动力分析，姚勇取不同边界进行计算后认为，当边界取得一定远(大于隧道开挖洞径的3倍)以及两隧道净距不大时，边界的反射效应对隧道周围地震效应的峰值影响可以忽略。本文的有限元模型尺寸取为65m×42m×35m，整体有限元模型如图2所示。模型的六个边界均施加无反射边界，模型底部施加三向约束。在有限元模型中，围岩选用solidl8l实体单元，衬砌选用shelll63壳单元。图l小瓢沟隧道与大曩沟隧道平面关系图数值模

3、拟时，模型是由岩石、炸药和空气三部分组成的，炸药选用LS—DYNA自带高性能炸药材料MAT_HIGH—EXPLOSIVE—BURN，状态方程为JWL的状态方程，岩石采用$MAT—PLASTIC—KINEMATIC材料，采用拉格朗日网格来建模，空气及炸药选用欧拉网格建模，单元选用ALE算法，炸药和岩石进行了流固耦合。材料的相关参数如表l所示：表1材料参数表：1r—'···l一图2有限元模型材料类型重度1(KS／m3)弹性模量E(GPa)泊松比“Ⅱ围岩2600250．23Ⅲ围岩230019O．2l炸药105

4、06．72e一30．32空气1．2e一3l0．2衬砌2200230．23模拟结果分析选取里程DK80+346进行爆破数值模拟，对既有线隧道衬砌应力曲线进行分析，如图4和6所示。图3既有隧道轴向单元布置图图3是既有隧道轴向单元布置图，根据相关研究已经表明，振速在既有隧道拱墙上最大，故本文选取拱墙上的单元进行应力分析。图4是既有隧道轴向单元应力时程曲线图，由图4(a)可知，在X方向的应(a)X方向应力曲线(b)Y方向应力曲线图4既有隧道轴向单元应力时程曲线图力曲线图中可以发现最大值约为36kpa，在单元81

5、799处，在单元引804处的x方向应力次之，单元x方向81809应力也较大；由图4(b)可知，在Y方向的应力曲线图中，最大的应力值约为277kpa，在单元81804处，单元81809和单元81799的Y方向应力也较大；由以上分析可知，Y方向的应力比x方向应力大，在这些方向上出现的最大应力值都在爆破断面后10m附近，说明新建隧道的爆破震动对既有隧道产生的影响在爆破断面后lO米比较大，所以在新建隧道爆破时要加强爆破断面后lOm的监测。图5既有隧道径向单元布置图图7既有隧道径向单元最大主应力时程曲线图Ia)X

6、方向应力曲线(b)Y方向应力曲线图6既有隧道径向单元应力时程曲线图图5为既有隧道径向单元布置图，图6是既有隧道径向单元应力时程曲线图，由图6(a)可知，x方向的应力曲线图中，最大值约为一298kpa，出现于既有线隧道拱顶的位置单元82146处；由图6(b)可知，在Y方向的应力曲线图中，最大的应力值约为313kpa，出现于既有隧道拱肩位置的单元81732处；通过以上的相关分析可知，这两个方向最大应力值相差不大。这两个方向上的最大应力值大都出现于爆破断面拱顶，拱肩及边墙处，说明爆破震动对既有隧道的拱肩，边墙

7、及拱顶的的影响最大，在进行现场监测时，要加强这些地方的监测。图7是既有隧道径向单元最大主应力时程曲线图，单元位置分布图如图5。通过图7最大主应力时程曲线图分析可得：既有线隧道在迎爆侧的边墙位置单元81804上出现了最大主应力，其值大约为369kpa臂其它位置的单元的最大主应力大，其次是迎爆侧边墙单元81822和拱肩单元81732。所以，在现场进行施工爆破监测时，应该对迎爆侧边墙和拱肩位置重点监测。同时可知，既有线隧道主要为受拉破坏，因为最大的主应力都为正。4结论通过以上的数值分析，可以得到以下结论：(1

8、)新建隧道的爆破震动对既有隧道产生的影响在爆破断面后10米比较大，所以在新建隧道爆破时要加强爆破断面后10m的监测。(2)爆破震动对既有隧道的拱肩，边墙及拱顶的的影响最大，在进行现场监测时，要加强这些地方的监则。(3)在现场进行施工爆破监测时，应该对迎爆(下转第163页)·157·万人次。据市公交集团统计，一条快速公交专用道每小时可运送l万人次的乘客，是一条社会车道每小时可运送乘客的lO倍；每辆18米长快速公交车运客量为160人次，约相当于