浅埋城市隧道爆破施工对地表及邻近既有隧道振动影响的研究

摘要

20世纪90年代以来，中国经济建设取得的巨大成就，我国的公路隧道数量逐渐增多。在公路隧道的建设中，经常会出现在既有隧道附近新建一条隧道的情况。新建隧道的爆破施工，必然会引起地表振动，从而对隧道上方既有建筑物安全造成影响；同时也可能会引起邻近既有隧道的振动，从而会影响邻近既有隧道的稳定与安全。
　　本文以重庆大渡口双山隧道为研究背景，通过对新建隧道地表振动监控量测结果的分析，结合数值模拟对该隧道的爆破施工过程进行研究，并以圆形隧道为例探讨了爆破施工过程中围岩级别、新旧隧道间距、隧道埋深等对隧道爆破地震效应的影响，得到以下主要结论：
　　①对新建隧道地表振动监测结果分析表明，爆破地震波随爆心距的增大而衰减；距离爆源越近地震波衰减越快，距离爆源越远地震波衰减也就越慢；运用统计学原理回归得出此场地地表质点振速的最佳衰减规律公式，并用此公式预测出施工中的最大单段炸药量，指导隧道爆破信息化设计与施工。
　　②对双山隧道爆破施工过程进行数值模拟，结果表明邻近既有隧道最危险的部位为迎爆侧边墙，其水平振动速度、最大应力值均明显高于其他部位，是主要承受爆破荷载区域。
　　③通过数值模拟探讨了隧道间距对邻近既有隧道受迫振动的影响：在隧道爆破振动影响下，邻近既有隧道边墙最大水平振速在0.5D～1.5D隧道间距内迅速衰减，在2.0D隧道间距外基本保持不变；在1.5D隧道间距内，既有隧道位移受爆破荷载影响较大，在1.5D隧道间距外，既有隧道位移受爆破荷载影响不大。
　　④通过数值模拟探讨了围岩级别对邻近既有隧道受迫振动的影响：在隧道爆破振动影响下，各级围岩邻近既有隧道边墙主要以水平振动为主，其最大水平振速均大于垂直振速；Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级围岩，隧道间距1.0D以内，邻近既有隧道边墙第一主应力受爆破荷载影响较大，边墙第一主应力由重力场中的压应力变为拉应力，其中Ⅱ级围岩，隧道间距为0.5D时，第一主应力超过混凝土的极限拉应力；围岩条件越差，邻近既有隧道衬砌位移越大。
　　⑤通过数值模拟探讨了隧道埋深对邻近既有隧道受迫振动的影响：隧道埋深在2.0D范围以上，在隧道爆破振动影响下，邻近既有隧道最大振速受埋深影响较小，而在2.0D埋深范围内邻近既有隧道振速受埋深影响很大；隧道埋深变化对邻近既有隧道边墙主应力影响最显著，对拱顶、拱底主应力影响较小；邻近既有隧道衬砌的x、y方向位移均随埋深的增加而减小，在2.0D埋深范围内，位移变化值较大，在2.0D埋深范围以外数值变化较小。

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图表目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要内容和研究方法

2 岩石爆破破碎机理与应力波理论

2.1 引言

2.2 爆破对岩石介质破碎机理分析

2.3 岩石爆破的应力波理论[30,32]

2.4 爆破地震波特征及其危害原因

2.5 影响爆破地震波的因素[34]

2.6 本章小结

3 双山隧道爆破地表振动的现场测试与分析

3.1 陈庹路双山隧道工程概况

3.2 隧道爆破监测安全判据

3.3 地表振动监测方案

3.4 地表测试数据分析处理

3.5 本章小结

4 地表质点振动的动力有限元分析

4.1 有限元法的基本思想[40]

4.2 动力有限元分析原理[41～45]

4.3 ANSYS有限元动力分析特征[46,47]

4.4 双山隧道爆破对地表振动的数值模拟

4.5 不同围岩级别、不同埋深爆破施工对地表振动数值模拟

4.6 本章小结

5 隧道爆破施工对邻近既有隧道影响的数值模拟

5.1 引言

5.2 双山隧道对邻近既有隧道振动分析

5.3 不同围岩及不同隧道间距爆破施工对既有隧道影响分析

5.4 不同埋深爆破施工对既有隧道影响分析

5.5 本章小结

6 结 论

6.1 研究成果与结论

6.2 对后续工作的建议

致谢

参考文献

附录