中圖分類號(hào)：U455.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）19-0056-04

Abstract：During theblastingandexcavationofsubwaytunnels，adjacentbuildingswillbefrequentlydisturbedbyblasting vibrationwaves.Whenthisdisturbanceexcedsacertainthreshold，thebuildingwillbedamaged.Basedontheblasting excavationoftheinclinedshaftatZhenjiangRoad StationofQingdaoMetroLine5，andbasedonthenumericalanalysismethod ofthefiniteelementsoftwareLS-DYA，theblastingexcavationprocessoftheinclinedshaftcyclefotageissimulatedandthe impactofblastingexcavationonthestabilityofside-penetratingbuildingsisanalyzed.Theresultsshowthatthemaximum vibrationvelocityofbuildingpilesisgreaterthanthemaximumvibrationvelocityofplatesandcolumnsateverymoment，and themaximumvaluesofvibrationveloities ineachdirectionandcombinedvibrationvelocitiesarelowerthantherequirementsof thespecification；thevibrationvelocityintheexcavationdirectionismostobviouslyafectedbytheblastcenterdistaneandis thelargestamongthepeakvibrationvelocitiesineachdirection;the\"voidffect\"onlysignificantlyamplifiestheblasting vibrationvelocitywithinacertaindistanceafterexcavation；duringon-sitemonitoringatentionshouldbepaidtothepositionof thepiletopandplateedge.Theresearchresultscanprovidereferenceforfuturesafetyasesmentofbuildingsadjacentto subway tunnel blasting construction.

Keywords： vibration effects; LS-DYNA; inclined tunnel; cyclic footage;side-penetrating buildings

在進(jìn)行地鐵隧道的爆破施工時(shí)，由于炸藥能量的瞬時(shí)釋放，其所產(chǎn)生的巨大沖擊力將穿透周邊的巖石層，并對(duì)鄰近的建筑物造成巨大的振動(dòng)擾動(dòng)，一旦這種擾動(dòng)大于一定的閾值，就可能導(dǎo)致建筑的坍塌和損毀。王崗等對(duì)多層建筑的應(yīng)力反映做出了深入的分析，他們發(fā)現(xiàn)，5層樓的頂層的應(yīng)力最強(qiáng)，達(dá)到了承重橫墻應(yīng)力的12.63倍，而窗口、門口以及其他區(qū)域的應(yīng)力則要弱得多，只有普通橫墻應(yīng)力的8.21＼～10.88倍。通過使用ANSYS/LS-DYNA動(dòng)力有限元軟件，劉斌]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受到地震波的影響，建筑物的振動(dòng)響應(yīng)會(huì)發(fā)生變化，其中最明顯的變化集中于結(jié)構(gòu)拐角、邊墻表面、樓板面，以及墻體接縫和基礎(chǔ)表面附近。奚俊杰3通過研究隧道臺(tái)階爆破開挖對(duì)地表臨近建筑物影響，發(fā)現(xiàn)在同等最大單響炸藥量的情況下，上臺(tái)階爆破引起的地表建筑物的振動(dòng)比下臺(tái)階爆破引起的振動(dòng)大。為此，不少研究人員4-5采用上臺(tái)階機(jī)械開挖，下臺(tái)階爆破開挖的方式，將爆破振動(dòng)控制到了安全的范圍內(nèi)。相關(guān)研究表明[6-7，單位最大裝藥量是影響爆破振動(dòng)的主要因素，控制最大裝藥量可明顯減弱爆破對(duì)鄰近建筑物的影響。

雖然國內(nèi)外已有許多隧道爆破開挖穿越建筑物的先例，但所開挖的隧道大多為水平的，在豎直方向上基本沒有變化，而且大多數(shù)學(xué)者所研究的基本為一次爆破對(duì)建筑物的影響，對(duì)于多次循環(huán)進(jìn)尺爆破的研究相對(duì)較少。本文正基于此，以地鐵5號(hào)線鎮(zhèn)江路站斜井爆破開挖為背景，研究多次循環(huán)爆破振動(dòng)對(duì)側(cè)穿建筑物穩(wěn)定性的影響。

1 工程概況

鎮(zhèn)江路站為地鐵5號(hào)線的第6座車站。該車站采用暗挖法施工，設(shè)有臨時(shí)斜井一座。斜井總長430.65m ，里程 XJK0+000.00～XJK0+430.65 ，其中明挖段長 68m ，暗挖段長 362.65m ，埋深于 8.5～27.5m 間。斜井開挖范圍內(nèi)有大量建筑物，其中與斜井水平距離最近的五星電器裙房在暗挖入口段，最近距離為12.92m ，該建筑為地上4＼～5層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深為16.65m ，受到斜井爆破開挖的影響較大，斜井及周圍建筑物相對(duì)位置如圖1、圖2所示。

2 數(shù)值模擬分析

2.1 計(jì)算模型

采用有限元軟件Hypermesh/LS-DYNA對(duì)斜井的爆破開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，基礎(chǔ)量綱選用 cm-kg-s 。選取五星電器裙房為保護(hù)對(duì)象，該建筑位于斜井里程XJK0+68～XJK0+107.193 上，其中 XJK0+68～XJK0+ 90.609為斜井暗挖直線段， XJK0+90.609～XJK0+ 107.193曲線段。僅取斜井暗挖里程前 40m 進(jìn)行爆破，每一循環(huán)爆破進(jìn)尺為 0.5m ，耗時(shí) 0.035s ，總共進(jìn)行80次循環(huán)。模型示意圖如圖3所示。

2.2計(jì)算材料及屬性

計(jì)算模型中主要包含圍巖、建筑物樁、板和柱4種材料。各材料均采用合適的關(guān)鍵字定義屬性。具體參數(shù)見表1—表3。

2.3 等效荷載施加

考慮到模型大小和計(jì)算效率，斜井循環(huán)進(jìn)尺爆破采用等效荷載爆破法，該方法不需要建立炮孔結(jié)構(gòu)，模型相對(duì)簡單，能夠有效模擬隧道工程中群孔爆破條件下炮孔中遠(yuǎn)區(qū)的巖體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問題，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法8。等效荷載計(jì)算結(jié)果見表4。

3計(jì)算結(jié)果分析

3.1建筑物振速分析

利用LS-Prepost后處理軟件得出建筑物樁、板、柱的最大振速時(shí)程變化曲線，如圖4所示。

由圖4可知，每一循環(huán)掏槽孔產(chǎn)生的爆破振動(dòng)影響最大；建筑物樁的最大振速每一時(shí)刻均大于板和柱的最大振速，最大振速為 0.418cm/s ，對(duì)應(yīng)時(shí)刻為 2.41s 最大振速出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)3125361處，即沿開挖方向靠斜井一側(cè)的第4根樁的樁頂處，記為#4樁樁頂，如圖5所示。

通過以上所述的方法，可以分別得出水平 （X） ）豎直（Y）開挖方向 （Z） 方向的最大振速值及對(duì)應(yīng)位置和時(shí)間，各向振速最大值見表5。

三向振速峰值均出現(xiàn)在2.4s以后，此時(shí)斜井開挖到#4樁后方已進(jìn)入曲線段。三向振速峰值中， Z 向峰值最大，因?yàn)殡S著開挖的逐步推進(jìn)， Z 向樁體與開挖面的相對(duì)距離最小，因而受到該向的爆破振動(dòng)也最大；三向振速峰值均不是在開挖面與樁體距離最近時(shí)達(dá)到最大，而是在此之后，斜井開挖經(jīng)過最近樁體一段距離，由于開挖在爆破面后方產(chǎn)生了空洞，樁體受到的振動(dòng)影響得到進(jìn)一步放大，這一現(xiàn)象也被稱作“空洞效應(yīng)\"。

各向振速及合振速峰值均在 2.0cm/s 以下，滿足GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》對(duì)于一般民用建筑物的振速控制要求。

3.2建筑物樁的振速時(shí)程分析

由前文可知，振速峰值均出現(xiàn)在建筑物樁頂位置，為了進(jìn)一步研究爆破對(duì)建筑物樁的影響規(guī)律，選取了#1、#4、#5樁頂節(jié)點(diǎn)作為研究對(duì)象，得出相應(yīng)的振速時(shí)程曲線，為便于分析，在保留振速時(shí)程變化特征的前提下，對(duì)其進(jìn)行了平滑處理，平滑后的振速時(shí)程變化曲線如圖6所示。

3個(gè)節(jié)點(diǎn)均在開挖面離對(duì)應(yīng)樁體最近時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，而后隨著開挖的推進(jìn)而跌宕增大，待開挖一定距離后出現(xiàn)最大值，此時(shí)，空洞效應(yīng)最為顯著，而后隨著爆心距的增加，空洞效應(yīng)逐漸削弱，振速峰值也呈現(xiàn)跌宕降低的趨勢；#5樁頂節(jié)點(diǎn)振速明顯低于其他節(jié)點(diǎn)，主要因?yàn)樾本_挖到#4樁后進(jìn)入曲線段，開挖面與樁的距離越來越大，相較于其他節(jié)點(diǎn)，最小爆心距較大且沒有受到空洞效應(yīng)的增強(qiáng)。

因此，對(duì)于該工程，應(yīng)著重控制#1＼～#4樁的爆破振動(dòng)速度。

3.3建筑物板的振速分析

通過分析建筑物板的振速云圖變化可以得出，每一時(shí)刻板的最大振速均出現(xiàn)在近斜井一側(cè)的邊緣處，如圖7所示。建筑物板的最大合振速為 0.115cm/s ，出現(xiàn)在最高層頂板節(jié)點(diǎn)3141527處，即該層離斜井最近的位置。

通過觀察各層板邊緣處節(jié)點(diǎn)的振速時(shí)程變化曲線可以得出該層樓板的最大振速值，各層頂板最大振速見表6。

由此可知，隨著樓層的增高，板的最大振速也隨之增大，5層頂板最大振速約為1層的1.8倍。因此，在對(duì)建筑物板進(jìn)行振速監(jiān)測時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂層樓板近斜井一側(cè)邊緣處的振速測控，

4結(jié)論

1）建筑物樁的最大合振速每一時(shí)刻均大于板和柱的最大振速。三向振速峰值中，開挖方向（ Z 向）峰值最大，因?yàn)殡S著開挖的逐步推進(jìn)， Z 向爆心距最小，因而受到該向的爆破振動(dòng)也最大。

2）建筑物樁的三向振速峰值均不是在開挖面與樁體距離最近時(shí)達(dá)到最大，而是在此之后，斜井開挖在爆破面后方產(chǎn)生了空洞，樁體受到“空洞效應(yīng)”的影響從而使其振速得到進(jìn)一步放大?！翱斩葱?yīng)”只在開挖過后一定距離內(nèi)對(duì)爆破振速有明顯的放大作用，而當(dāng)距離再次增大時(shí)，爆心距又會(huì)成為影響爆破振速的主要因素。

3）建筑物各層板的最大振速均出現(xiàn)在近斜井一側(cè)的邊緣處。隨著樓層的增高，建筑物板的最大振速也隨之增大，5層頂板最大振速約為1層的1.8倍。

4該爆破方案下，各類振速均在 2.0cm/s 以下，滿足GB6722—2014《爆破安全規(guī)程》對(duì)于一般民用建筑物的振速控制要求?，F(xiàn)場監(jiān)測時(shí)，應(yīng)著重關(guān)注樁頂、板邊緣位置。

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