公路隧道爆破振动数值模拟分析.pdf

第36卷,第6期
公路工程
Vol 36. No6
2011年12月
Highway Engineering
Dec.,2011
公路隧道爆破振动数值模拟分析
龚斌
(湖南省怀通高速公路建设开发有限公司,溯南洪江418116
[摘要]以高速公路某隧道为例,建立爆破振动数值模拟模型并进行了分析,得到后行洞燝破对先行洞初期
支护产生的一般影响规律,从而确定先行洞的初期支护参数,以保证隧道初期支护的质量和安全。为类似隧道工
程的设计和施工提供参考。
[关键词]爆破振动;效值模拟
[中图分类号]U455.6[文献标识码]B
[文章编号]1674-0610(2011)06-0123-04
Numerical Simulation of Highway Tunnel Blasting Vibration
GONG Bin
(Hunan Huaitong
Expressway Construction Development Company Ltd, Hongjiang, Hunan 418116, Chi
Key words] blasting vibration; numerical simulation
但不强烈,两翼岩层较完整。地表岩层产状变化较
0引言
大
近年来,随着国民经济的发展,高速公路的通
由于受地形的限制,综合考虑前后段路线平纵
车里程逐年递增,由经济发达的东部平原丘陵区逐面指标和整体工程造价,隧道路线布线时,将出口段
渐延伸到了西部崇山峻岭区。由于地形和选线的控45m的路线间距设计为18~25m,形成了小间距隧
制,涌现出了越来越多的山区小净距隧道。如怀通道。
高速公路的水冲隧道、对门冲隧道、大湾冲隧道等。
利用有限元方法对隧道施工过程进行数值模絜分2模型的建立
析,以考察设计参数的合理性以及施工方案的可行
对隧道出口段级围岩条件下小间距隧道开挖
性,已经成为普遍的做法。为此,本文以高速公路进行爆破震动数值模拟,以硏究燝破对小间距隧道
某隧道为例,运用 MIDAS/CTS对V级围岩条件下的影响规律。模型沿隧道开挖方向即纵向长度取
小间距隧道开挖进行爆破震动数值模拟,硏究了爆40m,水平长度取100m,隧道底面以下取30m,左、
破对小间距隧道的影响规律。
右洞边墙间距20m,模型上方为地表。隧道开挖方
式见图1,本模型中,左洞开挖及初期支护已经完
工程概况
成,右洞开挖和支护完成一半(即已经开挖和初期
某隧道位于湖南省泸溪县,为分离式单向行车支护21m),本次爆破模拟右隧道上半断面开挖,见
双线隧道。隧道左线长3785m,右线长3705m。图1中部位1。隧道模型及初期支护见图2。
隧道区穿过的地段位于“天硚山复式向斜”中,此复
本文采用有限元法分析隧道的爆破巖动影响
式向斜包含两个背斜和两个向斜,基岩为元古系板其中一项关键工作是建立爆破加载模型,包括确定
溪群五强溪组砂质板岩、含砾砂质板岩,向斜核部地爆破激振力的大小、作用位置和方向、峰值时刻和持
表被白垩系砂岩覆盖。在隧道区域,隧道轴线与复续时间等方面的内容。
式向斜轴向呈大角度相交,在核部岩石以韧性变形
根据计算和爆破的实际情况,本文隧道爆破模
为主,存在脆性破坏(岩石较破碎,且导水性较好),拟过程中,在不失一般性的条件下作了以下的假设
收稿日期]2011-09-05
作者简介1龚斌(1974-),男,湖南永州人,硕士,工程师,主要从事高速公路建设与管理工作。
公路工程
36卷
时程变化,以左洞1-1断面和2-2断面为考察断
D25中空注浆铺杆,
300
面,平面布置见图3,为分析后行洞对左洞的影响
纵横间距75x100
有洞
梅花形布置
节点选取初期支护上的节点,节点位置见图4,其
中,24629、23898和20627号节点处于迎爆面,
R25自进式注浆
锚杆,L=600
13888、13014和14712号节点位于背爆面。
纵横间距75x100
梅花形布置
16m
15m
中
线
左
洞
1~上半断面开挖;I-施作拱部初期支护;2-左侧导洞开挖;Ⅱー左侧
初期支护;3一右侧导洞开挖;Ⅲー一右洞初期支护;4一核心士开挖
V一仰拱初期支护;Vー二次村动
右洞
图1小间距段隧道施工图
掘进方向
面、爆破区
图3分析断面布
22567
3888
24629
(a)1-1断面测点编号
22202
(a)整体模型
(b)初期支护模型
2063.5
图2隧道有限元模型简图
①爆破荷载以压力形式的均布荷载作用在隧
道壁上,方向垂直于洞壁。
13014
23898
14712
2062
②为了解爆破振动波在岩体中的传播规律,取
计算时间为1。在隧道模型中,采用的参数见表
(b)2-2断面测点编号
(c)3-3断面点编号
4特征点选取图
表1数值模拟计算参数表
图5~图7为1-1断面、2-2断面和3-3断面的
类
型弹性模量泊松比内摩接粘系力、重度y、各特征点的节点速度曲线图,图中纵坐标为特征点
角/(°
kN·m
Ⅴ级围岩1.0
0.34
25
的振动速度,cm/s,横坐标为时间参数,s
初期支护230.2
从图5和图7可看出:
①在1-1断面上,迎爆面上24629号节点的振
3爆破模拟分析
动速度峰值为9.52cm/s,背爆面上13888号节点的
3.1初衬节点振速分析
速度峰值为1.22cm/s;在2-2断面上,迎爆面上
为分析隧道初衬的不同位置在不同时刻的速度23898号节点的速度峰值为2.42cm/s,背爆面上
0.0952
13888节点速度
22576节点速度
24629节点建度
Summers
Summary
000200.2060.40121.6HX0.80041.00
时间/s
a)1388号
hi22567号
()24629导
图51-1断面各特征点号节点速度曲线图