爆破荷载下小净距隧道钢拱架加固合理间距研究

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1、第30卷第6期贵州大学学报(自然科学版)V01．3ONo．62013年l2月JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Dec．2013文章编号1000—5269(2013)06—0122—03爆破荷载下小净距隧道钢拱架加固合理间距研究孙害华(中建五局第三建设有限公司西北分公司，陕西西安710065)摘要：采用LS—DYNA3D动力有限元程序，建立某小净距隧道的三维模型。通过刚度等效的方法，分析了既有隧道不同钢拱架布置间距情况下既有隧道的动力响应。研究结果表明，随既有隧道钢拱架加固间距的减小，迎爆侧测点振速和位移峰值亦随之增加。建议

2、小净距隧道爆破施工时，既有隧道钢拱架加固间距为O．5—1．0m。关键词：小净距隧道；爆破荷载；钢拱架间距中图分类号：U455．41文献标识码：A小净距隧道爆破施工过程中，为保证原来线路1有限元分析正常安全运营，通常需要对既有隧道进行加固。钢1．1有限元模型及参数选取拱架由于其安装方便、快捷的特点，在实际工程中有限元模型的尺寸取为75In×42In×35ITI，被广泛采用。因此，如何合理科学的选择既有线钢整体有限元模型如图1所示。模型六个边界均施拱架间距布置方案，是爆破震动荷载作用下既有隧加无反射边界，模型底部施加三向约束。围岩采用道正常营运及其结构安全的重要保障措施之一。s

3、olid181实体单元，衬砌采用shell163壳单元。文献[1]通过模型试验，研究了预应力锚索对洞室的抗爆加固效应，并结合数值计算，提出了工程抗爆加固建议。文献[2]利用数值模拟方法，研究了集中装药爆炸荷载作用下，锚杆的动载响应及加固机理。文献[3]采用动力有限元分析软件LS—DYNA，研究了爆炸荷载作用下固洞室的衬砌抗爆加固效果，并分析了衬砌参数对抗爆加固效果的影响规律。文献[4]通过数值模拟，研究了新建隧道开挖过程中既有中梁山隧道二衬结构力学性能，并对既有隧道典型断面加固钢架强度进行了检算。文献[5]采用数值模拟和现场测试相结合的方法，图1有限元模型研究了新建隧道施工

4、过程中既有隧道结构和加固数值模拟中将隧道爆破炸药使用量按药量等钢拱架的变形特征。综上，现有研究多集中在既有效原则简化为一个药包，布置在隧道爆破面形心偏隧道衬砌和锚杆加固措施方面，而部分关于钢拱架上位置。加固方案的研究亦多为静力分析。有限元模型中所用材料参数如表1所示。数采用LS—DYNA3D动力有限元程序，建立某值分析时，炸药采用JwL状态方程：小净距隧道的三维模型。通过刚度等效的方法，研P=A(一)e+B(一)ey+究既有隧道不同钢拱架布置间距情况下既有隧道的动力响应，以期得到合理经济的既有隧道钢拱架(1)加固方案。收稿日期：2013—09—20基金项目：教育部博士点基金

5、(20123514120005)作者简介：孙安华(1979一)，男，湖北公安人，工程师，主要从事土木工程施工方面的研究，Email：11506685@qq．eom．通讯作者：孙安华，Email：11506685@qq．tom．第6期孙安华：爆破荷载下小净距隧道钢拱架加固合理间距研究·123·表1材料参数表材料密度(kN／m。)弹性模量／GPa泊松比测点●1．2既有线加固钢拱架的等效将既有隧道加固钢拱架的弹性模量折算给混线迎爆侧凝土衬砌引，表达式为：等(2)式中：E为折算后的既有隧道衬砌弹性模量，E和E分别为衬砌混凝土和钢拱架的初始弹性模量，A和A分别为钢拱架和衬砌混凝土的截

6、面积。图2测点布置图文中计算涉及既有隧道衬砌混凝土厚度为25由表3可知，随着既有隧道钢拱架加固间距的cm，式(2)中，E取值23GPa。加固钢拱架采用减小，衬砌等效弹性模量逐渐增加，测点振速峰值I16型钢，钢拱架截面积A取值26．131cm，弹性呈逐渐增大趋势，但变化幅度不大。模量205GPa，混凝土的截面面积根据钢拱架的间距确定。表3测点振速不同钢拱架间距情况下折算后的衬砌混凝土钢拱架间距S／m弹性模量／GPa振速峰值／cm／s弹性模量如表2所示。为了研究既有线衬砌弹性模量对新建隧道爆破荷载的动力响应，本文考虑了一种特殊情况，即无钢拱架加固衬砌弹性模量为15．0GPa表2

7、衬砌弹性模量2．2位移分析r-●●●引●』表4给出了新建隧道爆破施工时，既有隧道不同钢拱架加固间距下相应测点的位移峰值。1．3既有线测点选取由表4可知，当既有隧道无钢拱架加固衬砌弹原来研究表明，小净距隧道爆破施工时，既有性模量为15．0GPa时，测点位移峰值最大，约为隧道迎爆侧边墙振速较大，是爆破震动控制的重要0．0766mm。既有隧道无钢拱架加固衬砌弹性模量部位。有限元模型中，新建隧道爆破药包位于隧道为23．0GPa时，测点位移峰值减小至0．0663nlln。中心偏上部位；因此，文中既有隧道爆破震动响应既有隧道钢