某隧道掘进爆破引起的邻接引水洞振动特征安全资料

PAGEPAGE10隧道掘进爆破引起的邻接引水洞振动特征分析1、引言地下硐室群及隧洞工程开挖施工，钻孔爆破一直是常用的施工手段。爆破震动作用对邻近地下硐室的稳定性会造成很大影响，例如高速公路相邻间距很小的两隧道的施工，铁路复线隧道的施工,水电站的地下厂房建设等都存在这个问题，主要是导致地下硐室岩石力学性质的劣化，会使围岩原有裂隙张开与扩展，新裂隙的产生，岩体声波速度的降低，渗透系数的增大，进而可能引起地表、地下建筑物或构筑物的破裂、倒塌隧洞冒顶、片帮等灾害，尤其对有构造带通过或节理裂隙较发育的岩石影响更大。爆破震动作用在工程实践中由于爆破震动效应引起的地下隧洞问题甚至工程事故也时有发生。因此，爆破开挖震动对既有硐室的影响已倍受瞩目，也是防震减灾工程的研究热点，具有重要的工程意义[1-5]。结合xx隧道掘进爆破开挖施工对太平驿电站引水隧洞的影响，以现场实测的爆破地震波形为基础，应用动力有限元程序模拟分析了爆破震动对既有引水隧洞的影响，得到了掘进爆破引起引水洞处的振动参数（位移、速度和加速度）的响应规律。2、计算模型与参数2.1计算模型xx隧道距离引水洞150~220米，围岩主要为闪长岩。针对两洞最小距离为150m的工况建模计算，计算模型如图1所示，隧道的断面参数参照施工设计图，引水洞按照直径2.5m的圆形隧道处理。计算模型取左边高为275m，右边高为430m，底部宽为462m。计算模型上部均为地面线，并适当进行简化。引水洞边界上有64个节点，各节点的具体位置分别如图2所示。图1计算模型图2引水洞周边节点位置图计算模型采用8节点二维等参实体单元进行剖分。计算模型单元数为2601，节点数为7952。计算模型侧向边界和底部边界取为固定约束，地表及引水洞周边取为自由边界。2.2动荷载的确定数值模拟中以现场掘进爆破实测的振速波形（如图3所示）作为动力输入，爆破振动荷载以均布压力荷载形式作用在施工隧道周边，作用方向为法线方向。图3掘进爆破的振动速度输入波形隧道周边上爆破振动荷载可按下式计算[6]：（1）式中，为振动荷载压力，Pa；为岩体密度，kg/m3；为岩体纵波传播速度，m/s；为质点的振动速度，m/s。2.3计算参数选取计算中围岩物理力学参数的取值主要参照该标段的地质报告，报告中没有的参数采用工程类比的经验进行选取。引水洞衬砌设定为钢筋混凝土。材料的主要物理力学参数如表1。爷表词1息趁材料的主宿要物理力冤学参数秋密度删/墨（览kg/m线3改）疤动弹性模发量卫/敢（详GP垫a尽）铜动泊松比贿纵波速忌度裳/慨（截m/祖s护）受闪长岩岛2670冈12唯0.25姜3100兽钢筋混凝浮土议2500由30携0.2信3500这样，按照式（1）即可计算出隧道周壁受到的最大动荷载为3.28MPa。为保证计算中解的精度和稳定性，数值计算的时间步长取为0.2ms。往3伸伯引水洞的夜振动响应节分析供表拜2陆为引水洞驻在不同节紧点处的振梨动位移、珠速度和加裹速度峰值钳计算结果烂。氧表弓2牌啊引水洞的超振动位移舟、速度和鞭加速度峰污值女节点号邮水平方向服位左移突/(狂mm夸)魄垂直方向窝位巩移谊/(mm详)乔水平方向酷速统度瓣/(mm雀/s)荡垂直方向愉速梁度吵/(mm经/s)袄水平方向炼加速魄度奖/(mm溪/s构2板)削垂直方向灿加速纸度脾/(mm用/s谱2故)出5者1.78僵7E-0馆3左5.78杨4E-0况5箩1.23盯1E-0鞠1姐3.51军1E-0践3租11.3困92捞0.28企2希205跌1.92耗4E-0插3怒1.73凉0E-0瘦4暗1.34袋2E-0要1液1.09充1E-0贡2兔11.9头86仔0.73患6锅6箩2.29削6E-0屈3金2.37罢6E-0览4蹄1.62乐0E-0齿1饥1.49竟9E-0做2窗13.8诊70迷1.03裁6盈220屑2.69停0E-0宣3泪2.01代5E-0庄4固1.89结1E-0蒸1竿1.13赔6E-0摇2油16.2番39柜0.67骂9挠7站2.87票2E-0兴3闯7.31后8E-0遇5被2.00慌8E-0按1值4.85船2E-0惰3侧17.3壶56抛0.44泡4诱235询2.70赢7E-0编3刊-8.7茎01E-胸05呀1.89璃4E-0击1晃-7.7诱87E-姜03驳16.1网71斑-1.0利65搞8筹2.30平7E-0浩3津-1.0侨63E-颈04届1.61丧4E-0把1嫩-1.1成21E-振02骂13.7葵02饮-1.2享95迎250模1.94适1E-0怠3桨-7.7摆51E-稀05愿1.34舅5E-0挽1丽-6.9滤39E-涌03首11.9饺28摸-0.8皆68钻3.1声休振动位移扁的计算结萄果分析影图侍4抛、围图酬5是分别引水应洞周野边驴7摘#筒节点水平名方向位移挥时程曲线撑和否6俭#漠节点垂直纹方向位移丘时程曲线寿。只图糕47椒#忽节点水平茶方向位移辉时程曲滋线勉殿尾话江图句56狮#谜节点垂直甚方向位移森时程曲线栏从辞表葵2矩中振动位便移的计算武结果可看蒙出，引水吉洞的振动衡位移响应诸非常小，宪均在微米料级以下，奥最大水平纽向振动位幅移只喝有茄2.87随2猾um妥，最大垂惠直向振动拦位移挤为食0.23飞8u元m脖。由此可弟知，掘进蜓爆破引起惊太平驿引屠水洞的振优动位移很档小，不可毕能对其安颈全造成危呢害。歉对比相同拍位置处水挖平向与垂垒直向振动闲位移知，兼引水洞的支水平向振蚕动位移响羊应远大于小垂向振动独位移响应刊，引水洞盲周边水平冶方向振动夜位移峰值柿为垂向振程动位移峰患值大的萄9.3~息58.使2杠倍。杠此外，引晓水洞周边巾水平方向春振动位移璃和垂直方么向振动位拦移峰值分保布不同，裤引水洞周览边水平振梁动位移峰绢值最大值发点位于洞轻体靠近爆晌源一侧中光部（凯图刷2搏中鞭的仪7抬#击节点），妈垂直方向数振动位移姻峰值最大碍值点位于骆洞体顶部欲靠近爆源前一侧（前图治2弦中理的搁6他#债节点）。沃隧道与引草水洞间的羞振动位移皇变化如陵图祸6雷、分图肿7车所示。掀图尺6诸淡水平向振泰动位移的妨衰减趋怎势哄埋煤烈图蚕7许担垂直向振稿动位移的购衰减趋势术从程图斧6离和耐图舞7讯中可以看洗出，随着榆与爆源距么离的增大话，振动位隐移变小；努在与爆源养相距较近胖的范围内爸振动位移鱼的衰减较案快，之后舒随着与爆包源距离的竖增大，振缺动位移的娇衰减逐渐锄变慢，几罢乎呈负指允数衰减，犯衰减变化耐的转折点那大约在与树爆源相羞距搏15丽m芹处。蛮3.2锁悲引水洞的皂振动速度挣响应分析逼5.3.箱1再抗振动速度便的计算结创果艘图顿8危、昆图家9致分别为引逢水洞周经边虹7需#延节点水平诵方向速度弃时程曲线国和滚6哪#兔节点垂直才方向速度僵时程曲线雨。袋图洁87滔#谈节点水平狼方向速度遇时程曲壮线陆么技统图塘96车#游节点垂直云方向速度恢时程曲渠线弦掉从陵表勿2促中振动速爱度的计算哗结果可看势出，引水堵洞的振动互速度非常馅小，掘进症爆破引起过的引水检洞周壁的箭最大水平喉向振动速描度只渐有搞0.02洋01cm节/敞s介，最大垂故直向振动姻速度为雕0.0承0紧15cm帖/s躁。由此可洽知，掘进月爆破引起毕太平驿引狭水洞的振苏动速度很各小，远小畅于规定惑的叛1cm/撇s住的控制标饥准。不可判能对其安统全造成危挠害。技对比相同姻位置处水穴平向与垂辜直向振动斗速度知，领引水洞的车水平向振牲动速度响庭应远大于蹈垂向振动伙速度响应孩，水平方昨向振动速丙度峰值为岔垂向振动蛙速度峰值资的我10.5睡~42.辆4范倍。景此外，引尝水洞周边丝水平方向骡振动速度做和垂直方捆向振动速祸度峰值分良布不同。守引水洞周急边水平向渠振动速度冒峰值最大挨值点位于投洞体靠近腰爆源一侧洞中部（锡图汁2晕中请的乖7树#岸节点），辜垂直向振须动速度峰蚂值最大值遇点位于洞矛体顶部（气图规2追中抹的追6所#洽节点）。室隧道与引旗水洞间的张振动速度废变化如膝图请1启0公和容图腰1窄1给所示。从骑图中可以块看出，与岸振动位移混的衰减趋亚势类似，糟随着与爆捆源距离的区增大，振喉动速度变武小；隧道拖与引水洞开间的振动块速度衰减绢趋势亦是荡在距爆源幻较近的区宴域内衰减牙较快，在乒距爆源较寿远的区域悟内衰减相厉对变慢。继衰减变化暴的转折点杆大约在与咬爆源相成距漆15秆m拖处。事图庭10哈回水平向振匆动速度的偷衰减趋什势动萄狼图休11昌津垂直向振傲动速度的须衰减趋势胡3.3烈贱引水洞的国振动加速吸度响应分败析窝图停1头2谅、奴图懂1留3贝分别为引扰水洞周诊边搁7肤#偶节点水平馋方向振动圈加速度时殖程曲线提和秩8乖#返节点垂直冠方向振动匆加速度时纵程曲线。刃图殖12代7翻#偶节点水平迅向加速度四时程曲雨线傅仇牌图灵13醉8炸#交节点垂直盖向加速度珠时程曲线迟从慰表腔2鸡中振动加临速度的计蹄算结果可兴看出，爆撞破引起引饰水洞处的搅振动加速渔度响应非丛常小。掘衣进爆破引穿起的引水仇洞周壁的香最大水平兰向振动加培速度只仍有滩17.3棍6mm/意s矩2筋，最大垂央直向振动守加速度类为雕1.31利m配m/s非2蜘。由此可例知，掘进肿爆破引起将太平驿引抬水洞的振机动加速度坑非常小，唱不可能对款引水洞产迫生有害的酱惯性作用择力苦。蜘换对比相同亦位置处水床平向与垂寿直向振动融加速度知沃，高引水洞的式水平振动元加速度得响应哑远大于垂讯向振动加驻速度响应割，必水平方向辣振动加速晓度峰值为统垂向振动尸加速度峰厚值峰的竟10.5衫~52.括9流倍。坦引水洞周纠边水平向休振动加速罩度和垂直夕向振动加块速度峰值乔分布不同泊，也与振任动位移和连振动速度向的峰值所某在位置有拨一定差异掉。引水洞兴周边水平宇向挣加速度峰别值最大值梨点位于洞愉体靠近爆镇源一侧中瘦部（图脊2延中莫的凝7太#友节点），贷垂直向加鞋速度峰值舰最大值点柿位于洞体权底顾部姿靠近爆源翼一侧联（图偷2孩中的暂8鸡#阵节点）。寺隧道与引透水洞间的疤振动加速士度变化如袭图糊1赌4暖和付图确1念5启所示。从堵图中可以役看出，与慌振动位移帽和振动速索度的衰减条趋势类似层，随着与卡爆源距离点的增大，辰振动加速站度变小；宣隧道与引式水洞间的途振动加速翻度衰减趋但势也是在贿距爆源较健近的区域龙内衰减快犯，在距爆之源较远的辨区域内衰愉减慢。起图钱5-27圈吃接水平向振创动加速度庭的衰减趋爽势今番林图刷5-28恶顽供垂直向振舌动加速度聋的衰减趋蓝势银4偷即隧道爆破捆对引水洞哗安全的影玩响评价怕通过胆对刑x群x打隧道施工召期间爆破错振动对引股水洞影响基的数值分愁析民发现楼，在隧道葛与引水洞山间，随着担距爆源距僵离的增大健，振动响挤应相应减使小。闪长藏岩中隧道筋与引水洞匙间距剂为丹150m振时痰，引水洞筒周边振动掠响应很小温，揭最大水平蛛向祖振动位移秘为已2.87太2尝×城10站-3功m斥m昼，最大垂眼直顽向振动位揪移卡2.39为1选×验10膊-4意m纳m糊，最大水登平日向另振动速度政0.20凝0结8诱m有m/s巡，练最大垂向斥振动速度利1.49润9池×遭10岔-2掠mm/困s鹊，最大水馒平怕向坑振动加速乡度溜17.3吐5的6牺mm/s矛2不，最大垂王直矛向振动加箩速度木1.30枯8mm/毫s浊2汪。叫按照爆破爬安全规程次（光GB67轧22-2滚00号3疗）规定，古水工隧道班爆破振动渔安全允许怀标准微为裹7~15请cm/童s辅，若为了铺安全考虑挣，即使将申振动控制蔑标准确定经为惕1cm/否s乡，那么，年引水洞周贵边振动乡速度远小倍于控制标您准值。由泰于上述工愈况为整个榆隧道爆破侄工程中的木最不利情炭况，因此监，榆x县x予隧道采用恼爆破施工全，不会对际引水洞安询全造成任节何影响。5结论聚1.数派从振动位忧移、振动董速度和振贪动加速度驱三方面的缸数值计算撞结果表明利，当在闪炉长岩体内软进行爆破侍时，引水巴洞周壁处跳的最大振旧动位移只逝有漆2.87枣2涛um蠢，最大振当动速度损为炭0.02丛01cm循/博s华，最大振封动加速度笔为柳17.3吧6mm/碌s冤2曾。这说明饲在果x站x签隧道采用拾爆破施工饱方法不会责对太平驿保引水洞的猴安全造成独危害。欢2.疏疮引水洞周词边水平方裁向振动位亮移峰值、状速度峰值正和加速度撤峰值分别闪为其垂向兽相应峰值表的旺9.3~吧58.厅2鞭倍柔、泳10.5燃~42.座4汽倍和徒10.5犬~52.妈9煎倍。大3.欣明引水洞处筑