双跨连拱隧道侧导洞扩挖动力分析

增刊

石家庄铁道学院学报

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双跨连拱隧道侧导洞扩挖动力分析

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王晓放&李存德!宋玉香%

D土木工程分院%D石家庄石家庄铁道学院成人教育分院&ED辛集\")\"\"F%辛集市市政工程公司!

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摘要H博山!号双跨连拱隧道采用三导洞钻爆法施工I中导洞超前I两侧导洞滞后I待中G

隔墙完成后进行侧导洞扩挖J为保证施工安全I采用有限元程序对扩挖过程进行分析I得出中隔墙的最大震动速度J

关键词H双跨连拱隧道扩挖爆破震动效应分析G

中图分类号H文献标识码H文章编号H增#G)&G&\"\"(#%!!(E!\"\"!D\"\"\")#\"%4F7G

K工程概况

博莱高速公路上的博山!号隧道位于淄博市博山区西南约F进口毗邻乐村南I出口临近樵岭LM处I隧道穿越一中低山梁J隧道进口N出口均处在偏压范围内I洞身最大埋深&隧道穿越地层以ON前镇I\")MI即联体双洞隧道I中隔墙厚&P类围岩为主J隧道按四车道双跨结构设计I-’\"MJ隧道按新奥法原理设计I采用由喷锚和二次模筑混凝土组成的复合式衬砌J

隧道采用三导洞钻爆法施工I中导洞超前I两侧导洞滞后I待中隔墙完成后进行侧导洞扩挖I具体施工程序为Q

进出口中导洞领先掘进RE&D

中导洞开挖支护&左E!D\"\"M后进行左导洞开挖I导洞左边墙永久性支护R

视中导洞围岩情况在开挖&E%D\"\"S&)\"M处开挖

中导洞与左右导洞横通道R

横通道开挖支护完成后I进行中隔墙衬砌I同EFD

时右导洞掘进R

中隔墙衬砌达到设计强度后I进行左右导洞扩挖N支护N衬砌JE)D

具体施工程序见图&J

图K施工程序示意图

T动力分析模型及参数选定

T-K计算范围从理论上讲I计算中所取的计算区域越大I其结果越准确I由于计算机内存容量的限制I只能取一定范围计算J计算中选取的计算域为(倍的洞跨J

收稿日期

万方数据!\"\"!#\"$#\"%

王晓放男

&’(’年’月出生

工程师

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石家庄铁道学院学报

第(2卷

!\"!边界条件

在进行隧道及地下结构的动态分析时#边界条件的设置将对分析结果产生重大影响$根据经验#当以竖向震动为主时#网格两侧可采用水平约束#底面采用竖向约束#并使之离开隧道底部较远%当以水平震动网格两侧可采用竖向约束#底面取至基岩$本文在计算过程中采用四周固定的边界条件$为主时#

!\"&材料参数的确定在计算过程中#有关的物理力学指标除弹性模量按式’计算外#其余按静力指标采用#密度为()

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动弹性模量*泊松比,纵向弹性波速0*+,,/1\"21#\"*#\"6$-.-#3457-/8

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!\"A计算参数的选定

值的选取$当B对于线弹性问题#法是无条件稳定的#在计算中取为B’()C(\"06时#I;BDEFF8GHJ(\"+$

步长KL的确定$当步长与周期的比值小于,法能够得到足够的精度$在选取的’*)\",(时#IDEFF8GHJ

所有模型中#系统的基本周期均大于,因此在计算中将步长KL取为,\"(#\",,($88

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’0)N;(PQ1+#;+P602R(,$MO值的选取$经计算得MO

&爆破加载模型的确定

开挖爆破所产生的震动是随机的#它取决于炸药的品种和质量N药量N装药方式N炮眼布置N起爆顺序和间隔时间N爆破激振力的作用时间以及围岩和支护的特性等诸要素$

&\"S爆破激振力值的计算

爆破冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩石的最初压力#其值大小取决于炸药的性质N岩石的性炸药爆炸时的最大压力值T计算%给予岩体的最大压力值T质和炸药与岩石的耦合情况#*)U值利用式’-5V

式’计算$0);,P+*+’(>,\"2+01<,\"(10TWXX)U式中#X为炸药密度%W为炸药爆速$

;T-5V

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*X@?

’0)TU

X@式中#TX为岩石密度%@TU为炸药爆炸时的最大压力值%?为炸药在岩石中传播的纵波波速%Z为炸药密度%为炸药爆速$Y

6

计算得到的扩挖时产生的最大压力值为T;*\"(QR(,[$-5V

&\"!爆破激振力的作用时间和方向

炸药爆炸时其对炮眼壁的作用是均匀的#因此将爆破激振力的作用方向定为沿炮孔轮廓线的外法线

具体计算时将其按炮孔轮廓线上的节点个数平均分配#最终分解为作用于\\轴和]轴方向上的作方向#用力$

&\"&爆破激振力的到来时间和持续时间

根据毫秒雷管的起爆时间#将各段爆破所产生的激振力到来时间分别定为,#2,#((,#*,,#0(,$-8爆破激振力的持续时间是很难准确设定的#炸药的爆炸反应通常在几十微秒内即可完成#作用时间很短#波峰过后#压力将迅速下降$由于压力随着时间的变化理论和实测资料都很缺乏#将各节点上的爆轰激振力按阶段上升至峰值#并持续(而后再+内线性下降为,#$-8-8

A计算结果

计算过程中记录了中隔墙墙顶墙中N墙底0点的水平速度及垂直速度#其最大值如表(所示$N万方数据增刊

王晓放等9双跨连拱隧道侧导洞扩挖动力分析

表!

测点位置墙顶墙中墙底

各点的水平速度及垂直速度的最大值

’(水平速度\"#$%&

’(

垂直速度\"#$%&

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)*+,)*+.)*+/

0结语

由计算结果可知1爆破作业对中隔墙所产生的震动影响较小1最大速度值发生于墙中1为)*+.1#$\"&

而建筑物的允许震动速度为2因此扩挖对中隔墙不会产生破坏1从而可见所作爆破设计合理31#$\"&

参考文献

万元林1王树仁*关于空气不偶合装药初始冲击压力计算的分析44(55*爆破1-))(1(.7(89(+:(26陈宝心1房泽法*耦合装药孔壁峰压计算45*爆破1(;;,1(,7(892:<4-56

赵幸源*隧道爆破开挖动力分析模型和有关参数的选取与分析44+5*岩石力学在工程中的应用45*第二次全国岩石=5>

力学与工程学会文集1(;.;*;(:;2

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责任编辑7

刘宪福8

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