连拱隧道爆破开挖对既有下部隧道的影响研究-论文.pdf

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1、第34卷第3期中外公路2132014年6月文章编号：1671—2579(2014)03一0213—04连拱隧道爆破开挖对既有下部隧道的影响研究刘尚芳(中交第二公路工程局第四工程有限公司，河南洛阳471013)摘要：城市地下工程中常遇到近接既有隧道岩体爆破开挖的问题。乌鲁木齐市新建雅山连拱隧道为全线上穿近接既有隧道的典型工程，因其与既有隧道间距离较近，使得掘进爆破时对既有隧道结构的振动强度控制十分困难。为此，该文针对新建雅山连拱隧道掘进爆破开挖，利用Ls—DYNA动力分析软件对不同掏槽爆破条件下连拱隧道中导洞掘进爆破

2、时对既有隧道结构的动力响应情况进行了数值模拟计算，并结合现场爆破试验及振动测试数据验证了数值计算结果的正确性。结果表明：1)中导洞掘进爆破时，既有隧道迎爆侧拱肩处的振动强度最大，且振动强度与掏槽药量具有明显的线性关系；2)中导洞掏槽孔齐爆药量小于6kg时，既有隧道衬砌上的质点振动速度可控制在设定阈值4cm／s以内；3)受衬砌质点与掏槽孔间距离和边界条件的影响，中导洞掏槽爆破时隧道衬砌迎爆侧拱肩处和拱脚处的有效应力最大。但各工况下的有效应力均小于0．15MPa，不足以使隧道衬砌发生拉、压破坏。关键词：连拱隧道；中导洞

3、掏槽爆破；数值模拟；既有隧道振动Y1K0+950~Y1K1+105)，全段采取分离式曲中墙连1工程概况拱隧道结构。新建连拱隧道整体位于既有雅山平行隧道内侧，洞顶最大埋深不超过30m，且其底部高程高新建雅山连拱隧道工程位于乌鲁木齐市，为乌鲁于既有平行隧道顶部(表1)。新旧隧道洞身主要穿越木齐市“田字路”扩容改建工程的控制性工程。该连拱岩层为泥灰岩及砂岩，受风化作用的影响岩体节理裂隧道设计为双线四车道，隧道整体包括明挖段和暗挖隙较为发育，岩体较为破碎，设计确定隧道围岩级别为段两部分。其中，暗挖段全长155m(起讫桩号为

4、V级。表1暗挖段新旧隧道间的位置关系为减少对邻近既有结构扰动次数，新建雅山连拱隧道暗挖段拟采用中导洞一正洞法进行开挖。其中，2连拱隧道中导洞掏槽爆破数值模拟如何确定合理的中导洞掏槽孔布置形式及装药结构将成为控制连拱隧道爆破施工振动危害、实现隧道顺利2．1数值计算模型完工的前提条件。为此，针对新建雅山连拱隧道中导桩号为Y1K0+955的隧道断面(图1)内新旧隧洞掘进爆破施工，从动力学角度，分析了其爆破开挖对道间的净距为最小，为中导洞爆破掘进时的最不利断面。因此，建立如图2所示的最不利断面连拱隧道掏既有隧道素混凝土衬砌

5、的动力影响。槽爆破数值计算模型。为避免建模过程中网格划分过于复杂，模型中拟采用的斜眼掏槽孔简化为直眼掏槽形式。岩体、素}昆凝土衬砌及炸药均采用Solid164单收稿日期：2o14—06—05(修改稿)作者简介：刘尚芳，女，大学本科，高级工程师．E—mail：horwort@sina．com214中外公路第34卷元进行划分，并将岩体与炸药间的接触面设置为滑动2．2材料模型及参数接触。模型中除地表、既有隧道轮廓和中导洞已开挖计算选取弹塑性双线性各向同性硬化模型边界设置为自由边界条件外，其余边界均设置为无反*MAT—PL

6、ASTIC—KINEMATIC来描述岩体及衬砌射边界条件。结构在爆破动力下的响应情况，此模型不仅可考虑材料介质的弹塑性性质，并且还能对材料的强化效应(随地面线动强化和各向同性强化)和应变率效应加以描述。依据工程设计图、JTGD7o一2004(公路隧道设计规范》等相关资料，选取模型中岩体计算物理指标(表2)。表2岩体及衬砌主要物理计算参数对乳化炸药爆炸过程可采用LS—DYNA程序中图1典型断面内新旧隧道位置关系(单位：mm)的高能炸药材料及JwL状态方程实现。JwL状态方程具体可表述为：P—A(一)e+B(一)e+(

7、1)式中：A、B、R。、R、为材料常数；P为压力；V为相对体积；E。为初始比内能。炸药材料的主要计算参数见表3。2．3计算工况与振速控制标准图2掏槽孔爆破数值计算模型共进行了5种工况的动力计算，各工况中掏槽孔表3炸药计算参数的主要参数如表4所示，图3为掏槽孔具体布置形式。表4中导洞掏槽数值计算模拟工况根据GB6722—2003《爆破安全规程》的有关规定可知，交通隧道内质点峰值振动速度安全允许标准为1O～20cm／s，考虑到既有雅山平行隧道为20世纪90年161．00．400．33代修建的，支护衬砌已老化，依据相关近

8、接隧道施工案261．40．90．67例，确定其爆破作用质点峰值振动速度允许值为4381．81．00．75cm／s。482．1l

9、31．OO3数值计算结果及分析582．62．01．50注：掏槽孔孔径为40mm；炮孔间距为50cm；炮孔排距为因既有右侧隧道距中导洞相对较近，故中导洞爆50cm。216中外公路第34卷模拟结果表明：在中导洞掏槽药量小于6kg时，中导