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        對(duì)隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)的研究

        2015-10-21 18:07:03文育生
        基層建設(shè) 2015年2期

        文育生

        義烏市交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理站 浙江義烏 32200

        摘要:隨著公路投資的增加,目前不少單線公路正改建成為復(fù)線,但是由于受地質(zhì)條件限制,新建隧道與既有隧道的間距較小,這時(shí)新建隧道施工,特別是爆破作業(yè),可能影響既有隧道的安全性,危及既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。為了探討隧道爆破振動(dòng)響應(yīng),本研究采用現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值分析兩種方法,對(duì)該命題進(jìn)行了有益的分析與探索。

        關(guān)鍵詞:新建隧道;既有隧道;爆破振動(dòng);振動(dòng)響應(yīng)

        隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,公路建設(shè)加速,在不少公路線路施工和改造過程中,由于受地形地質(zhì)條件制約,既有隧道與新建隧道之間的距離較短,在施工中,經(jīng)常破壞既有隧道結(jié)構(gòu)的安全性。在新建隧道爆破作業(yè)時(shí),爆破振動(dòng)可改變?cè)袊鷰r的應(yīng)力分布,同時(shí)也對(duì)中硬巖以上圍巖隧道產(chǎn)生影響。為了不影響既有隧道的安全性和穩(wěn)定性,在施工中應(yīng)對(duì)隧道爆破振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測和分析,本研究以某隧道隧道為例進(jìn)行了分析。

        一、參數(shù)計(jì)算與基準(zhǔn)控制

        在本文中,筆者所做的工作,主要是分析不同間距條件下,既有隧道襯砌迎爆側(cè)最大振速、最大主應(yīng)力及安全性評(píng)價(jià)。

        爆破振動(dòng)荷載計(jì)算,以公路隧道為例,假定:爆破振動(dòng)荷載均勻分布于隧道洞壁上,以動(dòng)壓力形式施加,垂直于隧道壁面;荷載為三角形,峰值壓力P為3.6MPa,加載12ms,卸載時(shí)間100ms。本文計(jì)算以III類圍巖為主,隧道施工方法為臺(tái)階法[1]。

        III類圍巖物理學(xué)指標(biāo)及支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù),詳見表1、表2。

        而爆破振動(dòng)的基準(zhǔn)控制,首先需要了解既有隧道的健全度、振動(dòng)速度容許值。本文既有隧道的變異顯著容許振動(dòng)速遞為2cm?s-1、有變異容許振動(dòng)速度為3cm?s-1、無變異容許振動(dòng)速度為5cm?s-1。由于該既有隧道中為出現(xiàn)變異情況,所以本研究的容許振動(dòng)速度取值為5cm/s。在動(dòng)載作用下,混凝土極限強(qiáng)度:C30混凝土動(dòng)載極限抗壓強(qiáng)度為23MPa、動(dòng)載極限抗拉強(qiáng)度為2.4MPa[2]。

        二、對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析

        (一)既有隧道迎爆側(cè)振動(dòng)速度

        本研究既有隧道襯砌最大振速,詳見表3。

        由表3可知,新建隧道爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道邊墻影響最大,如新建隧道施工方法為臺(tái)階法,則爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道下臺(tái)階開挖影響大于上臺(tái)階開挖影響。在上臺(tái)階爆破時(shí),間距<6m時(shí),既有隧道邊墻、拱肩振速超出極限值,會(huì)造成破壞;在下臺(tái)階爆破時(shí),間距<15m時(shí),既有隧道邊墻振速超出極限值,可能產(chǎn)生破壞[3]。

        (二)既有隧道襯砌主應(yīng)力分析

        在爆破振動(dòng)作用下,既有隧道的應(yīng)力值將發(fā)生較大改變,迎爆側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)將會(huì)大幅上升,且間隔一定時(shí)間。從計(jì)算結(jié)果可知,迎爆側(cè)襯砌內(nèi)側(cè)主應(yīng)力大于外側(cè)。本研究的計(jì)算結(jié)果顯示,如間距<6m,下臺(tái)階、上臺(tái)階開挖的拉應(yīng)力,均超出極限值,既有隧道可能會(huì)產(chǎn)生裂縫,而其墻腳出不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,未超出極限值;既有隧道拱肩處間距<6m,開挖上臺(tái)階時(shí),拉應(yīng)力未達(dá)到極限值,開挖下臺(tái)階無拉應(yīng)力。同時(shí),與振速對(duì)比可知,在監(jiān)測爆破振動(dòng)過程中,振動(dòng)指標(biāo)為重要指標(biāo)之一,應(yīng)力指標(biāo)相對(duì)寬松[4]。

        三、現(xiàn)場測量結(jié)果情況

        復(fù)線隧道長度為600m,既有隧道與新建隧道平均間隔為15m,隧道內(nèi)的巖石類型以III類圍巖為主,且圍巖的完整性良好、地表無巖溶發(fā)育,存在地下水發(fā)育。由于既有隧道通車頻率較大,混凝土外觀粗糙,且出水點(diǎn)較多,混凝土存在局部開裂現(xiàn)象。

        在布置測點(diǎn)時(shí),可將振速指標(biāo)作為控制標(biāo)準(zhǔn),并行嚴(yán)格的監(jiān)測。因?yàn)榕R近隧道迎爆側(cè)爆破振動(dòng)速度大,在選擇布置測點(diǎn)時(shí),應(yīng)選擇在靠近新建隧道一側(cè),選擇4個(gè)端面,共計(jì)12個(gè)測點(diǎn),以找出迎爆側(cè)的最大振動(dòng)方向及部位,行長期監(jiān)測。本研究的爆破振動(dòng)測試均采用DSVM-4C型振動(dòng)測試儀。測點(diǎn)裝藥量與振速值,詳見表4。

        通過對(duì)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析,筆者總結(jié)出以下幾點(diǎn):第一,采用臺(tái)階法開挖新建隧道過程中,進(jìn)行下臺(tái)階底板眼爆破時(shí)的爆破振動(dòng)最大,與計(jì)算結(jié)果相一致;第二,如果新建與既有隧道間距為15m,則既有隧道邊墻最大振速為5cm/s,與計(jì)算結(jié)果相差無幾;第三,在震源距離較遠(yuǎn)條件下,既有隧道迎爆側(cè)邊墻中上部振動(dòng)速度值較大,而如果震源距離較近,則中下部振動(dòng)速度較大,與計(jì)算結(jié)果相符;第四,爆破振動(dòng)沿掘進(jìn)方向傳播,可為施工安全性提供指導(dǎo);第四,對(duì)同一測點(diǎn)的測速表明,在環(huán)向、縱向及徑向上,徑向振速最大[5]。

        結(jié)語:

        綜上所述,根據(jù)本文分析,可獲得以下結(jié)論:一是復(fù)線隧道的施工,如新建隧道巖石類型為硬巖,則爆破振動(dòng)可危及既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,且其邊墻受到影響最大,所以應(yīng)作為施工監(jiān)測的重點(diǎn);二是在監(jiān)測過程中,由于振速指標(biāo)相對(duì)比較嚴(yán)格,可作為監(jiān)測指標(biāo);三是如果新建隧道施工采用臺(tái)階法,且為III類圍巖,則開挖下臺(tái)階時(shí)的爆破振動(dòng),比上臺(tái)階開挖爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響大;四是對(duì)于III類圍巖,上臺(tái)階爆破時(shí),隧道間距<6m,既有隧道邊墻、拱肩振速超出極限值;下臺(tái)階爆破時(shí),間距<15m,邊墻最大振速超出極限值,所以在新建隧道施工中,如果處于該影響范圍,需加強(qiáng)對(duì)既有隧道襯砌的保護(hù),確保施工的安全性;五是III類圍巖既有隧道邊墻部位,爆破動(dòng)載產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大,如間距<6m,拉應(yīng)力超出極限值;拱肩間距<6m,開挖上臺(tái)階時(shí)拉應(yīng)力未超出極限值,而開挖下臺(tái)階時(shí)未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王明年,李志業(yè),關(guān)寶樹.三孔小間距淺埋暗挖隧道地表沉降控制技術(shù)研究[J].巖土力學(xué),2012,23(06):821-824.

        [2]翁漢民,李志業(yè).隧道仰拱的力學(xué)行為研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013,18(01):46-53.

        [3]張建華.工程措施對(duì)控制隧道圍巖變形的力學(xué)效果研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010,20(05):27-30.

        [4]關(guān)寶樹,何川.三車道公路隧道在不同構(gòu)造應(yīng)力作用下的力學(xué)行為研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2009,20(10):51-55.

        [5]王慷慨,張成滿,溫向東等.鄰近隧道爆破振動(dòng)響應(yīng)的研究[J].巖土力學(xué),2012,25(01):129-130.

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