大跨度小净距隧道爆破开挖稳定性分析论文_陈强

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摘要：针对复杂环境下大跨度小净距隧道爆破施工，本文通过FLAC3D软件对大连地铁5号线石劳区间大跨度小净距隧道爆破施工进行数值计算，分析了先行导洞不同位置，不同开挖步序下的振速变化规律；计算并绘制了爆破荷载作用下临近建筑物监测点处爆破振速波形图，并与实测数据进行了对比。建立了DE-LEM振速预测模型，为大跨度小净距隧道爆破工程的安全控制提供了有利手段。

关键词：大跨度小净距隧道；爆破；数值计算；监测控制

1.前言

爆炸是一种极为迅速的能量释放过程，爆炸能量被利用于工程建设则成为工程爆破，爆破具有多种公害，如爆破振动、爆破飞石和爆破冲击波等。岩体本身存在或多或少的节理裂隙、层理和断层等软弱结构面，爆破振动的衰减规律因岩性的不同而存在较大差别。对于大跨度小净距隧道而言，爆破施工还存在着后行导洞对前行导洞既有结构的影响、对中夹岩柱的影响问题。部分工程还存在临近建筑物的安全问题，鉴于此，爆破施工安全问题显得格外突出。

国内外学者通过数值模拟、现场监测等手段对大跨度小净距隧道展开大量研究，并取得了一定成果[1-10]。李宁[1]提出一种新的爆破荷载模型，对爆破荷载变化过程进行数值模拟分析。何本国等[2]对南京地铁隧道二号线小净距隧道进行了CRD工法爆破全过程现场监测，分析指出应将先行洞上台阶爆破，迎土侧振动速度较大，且上下台阶禁止同时爆破开挖。龚建伍[3]结合鹤上三车道小净距隧道工程，对小净距隧道中夹岩柱在爆破荷载作用下的振动响应进行了相关监测。张玉成[4]对爆破荷载数值模拟施加荷载方法进行改进，提出爆破荷载等效施加方法。李术才、蔚立元[5]以青岛胶州湾海底隧道为工程背景，对小净距隧道后行洞爆破进行数值分析，并对施工方案进行优选。

本文结合大连地铁5号线石劳区间大断面小净距区域，通过FLAC3D软件对CRD法爆破施工进行数值计算，分析先行洞各位置的质点爆破振速和时间的关系，确定隧道薄弱位置；分析了爆破荷载作用下，临近建筑物振速变化规律；建立DE-LEM振速预测模型，为爆破工程的安全提供了有利保障。

2.工程概况分析

辽宁省大连市地铁5号线石劳区间以石葵路站为起点，沿解放路由南往北敷设，侧穿胜利东路桥后到达劳动公园站。区间右线起点里程为K6+612.049，终点里程为K7+531.780，总长919.731m，区间左线起点里程为K6+612.049，终点里程为K7+531.659。施工范围的地层分为2个主层，分别为第四系全新统人工堆积层和青白口系桥头组石英岩。

区间隧道部分区段局部穿越Ⅵ级围岩，隧道断面椭圆扁平，跨度大，围岩压力大，易产生坍方；左右线净距较小，最小净距2.1m，因此在后行洞隧道施工过程中，应严密监视爆破冲击荷载作用下，中夹岩柱，先行洞构筑物及周围建筑物的稳定性情况。

3.数值模拟

3.1数值计算模型

本文以石劳区间K6+913断面为研究对象，对爆破振动的影响规律进行数值模拟研究。该断面采用CRD施工法，爆破时采用2号岩石乳化炸药。在Flac3D软件中建立数值计算模型如图1所示。模型计算范围为166.72m×80m×80m，共划分为66045个节点和62060个单元。对模型施加位移边界条件，即模型的左右（X方向）边界、前后（Y方向）边界和底边界均施加位移约束条件、上边界取自由边界；动力学计算施加黏滞边界条件，在模型的左右边界、前后边界和下边界均施加黏滞边界条件，上边界作为自由边界。