地铁隧道爆破荷载对围岩的影响分析

摘要

文章以Ⅵ级围岩地铁隧道钻爆法施工为背景工程,采用有限元动力分析方法研究了爆破对于隧道围岩的影响.使用ANSYS/LS-DYNA的完全重启动方法,利用软件中的高能炸药材料模型,分段对隧道爆破进行有限元模型计算,实现了隧道毫秒延期起爆的模拟计算.通过修正高能炸药材料模型状态方程中的A,B和E0值,实现了在平面应变计算模式下对不同炮孔药量的区分.在完全重启动的过程中,采用带有失效模式的双线性弹塑性模型来描述岩石性质,通过调整岩石删蚀应变系数Fs,并配合手动删除单元来区分不同炮孔临空面条件的改变.结果表明:掏槽孔爆破所传递给围岩的能量最大,其对围岩的影响最大;周边孔对拱周围岩的影响最大,造成拱周围岩部分进入塑性状态,但围岩应力随距离衰减很快,塑性区并未向深处发展;爆炸能量的主要传播方向为岩石抛掷方向的反方向,爆破荷载在隧道轮廓上的分布并不均匀,以往将爆破荷载等效为均布荷载的算法有不合理之处;单位炸药能量传递给围岩的比例受临空面条件影响,临空面条件越好,传递给围岩的能量比例越低,对于围岩影响越小;该爆破模拟方法相对于爆破荷载等效法能更真实反映爆破荷载传递情况,并且占用资源少,计算速度快,具有一定的实用性.