某隧道掘進(jìn)爆破引起的鄰接引水洞振動特征安全資料

PAGEPAGE10隧道掘進(jìn)爆破引起的鄰接引水洞振動特征分析1、引言地下硐室群及隧洞工程開挖施工，鉆孔爆破一直是常用的施工手段。爆破震動作用對鄰近地下硐室的穩(wěn)定性會造成很大影響，例如高速公路相鄰間距很小的兩隧道的施工，鐵路復(fù)線隧道的施工,水電站的地下廠房建設(shè)等都存在這個問題，主要是導(dǎo)致地下硐室?guī)r石力學(xué)性質(zhì)的劣化，會使圍巖原有裂隙張開與擴(kuò)展，新裂隙的產(chǎn)生，巖體聲波速度的降低，滲透系數(shù)的增大，進(jìn)而可能引起地表、地下建筑物或構(gòu)筑物的破裂、倒塌隧洞冒頂、片幫等災(zāi)害，尤其對有構(gòu)造帶通過或節(jié)理裂隙較發(fā)育的巖石影響更大。爆破震動作用在工程實踐中由于爆破震動效應(yīng)引起的地下隧洞問題甚至工程事故也時有發(fā)生。因此，爆破開挖震動對既有硐室的影響已倍受矚目，也是防震減災(zāi)工程的研究熱點，具有重要的工程意義[1-5]。結(jié)合xx隧道掘進(jìn)爆破開挖施工對太平驛電站引水隧洞的影響，以現(xiàn)場實測的爆破地震波形為基礎(chǔ)，應(yīng)用動力有限元程序模擬分析了爆破震動對既有引水隧洞的影響，得到了掘進(jìn)爆破引起引水洞處的振動參數(shù)（位移、速度和加速度）的響應(yīng)規(guī)律。2、計算模型與參數(shù)2.1計算模型xx隧道距離引水洞150~220米，圍巖主要為閃長巖。針對兩洞最小距離為150m的工況建模計算，計算模型如圖1所示，隧道的斷面參數(shù)參照施工設(shè)計圖，引水洞按照直徑2.5m的圓形隧道處理。計算模型取左邊高為275m，右邊高為430m，底部寬為462m。計算模型上部均為地面線，并適當(dāng)進(jìn)行簡化。引水洞邊界上有64個節(jié)點，各節(jié)點的具體位置分別如圖2所示。圖1計算模型圖2引水洞周邊節(jié)點位置圖計算模型采用8節(jié)點二維等參實體單元進(jìn)行剖分。計算模型單元數(shù)為2601，節(jié)點數(shù)為7952。計算模型側(cè)向邊界和底部邊界取為固定約束，地表及引水洞周邊取為自由邊界。2.2動荷載的確定數(shù)值模擬中以現(xiàn)場掘進(jìn)爆破實測的振速波形（如圖3所示）作為動力輸入，爆破振動荷載以均布壓力荷載形式作用在施工隧道周邊，作用方向為法線方向。圖3掘進(jìn)爆破的振動速度輸入波形隧道周邊上爆破振動荷載可按下式計算[6]：（1）式中，為振動荷載壓力，Pa；為巖體密度，kg/m3；為巖體縱波傳播速度，m/s；為質(zhì)點的振動速度，m/s。2.3計算參數(shù)選取計算中圍巖物理力學(xué)參數(shù)的取值主要參照該標(biāo)段的地質(zhì)報告，報告中沒有的參數(shù)采用工程類比的經(jīng)驗進(jìn)行選取。引水洞襯砌設(shè)定為鋼筋混凝土。材料的主要物理力學(xué)參數(shù)如表1。爺表詞1息趁材料的主宿要物理力冤學(xué)參數(shù)秋密度刪/墨（覽kg/m線3改）疤動彈性模發(fā)量衛(wèi)/敢（詳GP墊a盡）銅動泊松比賄縱波速忌度裳/慨（截m/祖s護(hù)）受閃長巖島2670岡12唯0.25姜3100獸鋼筋混凝浮土議2500由30攜0.2信3500這樣，按照式（1）即可計算出隧道周壁受到的最大動荷載為3.28MPa。為保證計算中解的精度和穩(wěn)定性，數(shù)值計算的時間步長取為0.2ms。往3伸伯引水洞的夜振動響應(yīng)節(jié)分析供表拜2陸為引水洞駐在不同節(jié)緊點處的振梨動位移、珠速度和加裹速度峰值鉗計算結(jié)果爛。氧表弓2牌啊引水洞的超振動位移舟、速度和鞭加速度峰污值女節(jié)點號郵水平方向服位左移突/(狂mm夸)魄垂直方向窩位鞏移誼/(mm詳)喬水平方向酷速統(tǒng)度瓣/(mm雀/s)蕩垂直方向愉速梁度吵/(mm經(jīng)/s)襖水平方向煉加速魄度獎/(mm溪/s構(gòu)2板)削垂直方向燦加速紙度脾/(mm用/s譜2故)出5者1.78僵7E-0館3左5.78楊4E-0況5籮1.23盯1E-0鞠1姐3.51軍1E-0踐3租11.3困92撈0.28企2希205跌1.92耗4E-0插3怒1.73涼0E-0瘦4暗1.34袋2E-0要1液1.09充1E-0貢2兔11.9頭86仔0.73患6鍋6籮2.29削6E-0屈3金2.37罷6E-0覽4蹄1.62樂0E-0齒1饑1.49竟9E-0做2窗13.8診70迷1.03裁6盈220屑2.69停0E-0宣3淚2.01代5E-0莊4固1.89結(jié)1E-0蒸1竿1.13賠6E-0搖2油16.2番39柜0.67罵9撓7站2.87票2E-0興3闖7.31后8E-0遇5被2.00慌8E-0按1值4.85船2E-0惰3側(cè)17.3壺56拋0.44泡4誘235詢2.70贏7E-0編3刊-8.7莖01E-胸05呀1.89璃4E-0擊1晃-7.7誘87E-姜03駁16.1網(wǎng)71斑-1.0利65搞8籌2.30平7E-0浩3津-1.0僑63E-頸04屆1.61喪4E-0把1嫩-1.1成21E-振02罵13.7葵02飲-1.2享95迎250模1.94適1E-0怠3槳-7.7擺51E-稀05愿1.34舅5E-0挽1麗-6.9濾39E-涌03首11.9餃28摸-0.8皆68鉆3.1聲休振動位移扁的計算結(jié)萄果分析影圖侍4拋、圍圖酬5是分別引水應(yīng)洞周野邊驢7摘#筒節(jié)點水平名方向位移揮時程曲線撐和否6儉#漠節(jié)點垂直紋方向位移丘時程曲線壽。只圖糕47椒#忽節(jié)點水平茶方向位移輝時程曲滋線勉殿尾話江圖句56獅#謎節(jié)點垂直甚方向位移森時程曲線欄從辭表葵2矩中振動位便移的計算武結(jié)果可看蒙出，引水吉洞的振動衡位移響應(yīng)諸非常小，憲均在微米料級以下，奧最大水平紐向振動位幅移只喝有茄2.87隨2猾um妥，最大垂惠直向振動攔位移擠為食0.23飛8u元m脖。由此可弟知，掘進(jìn)蜓爆破引起驚太平驛引屠水洞的振優(yōu)動位移很檔小，不可畢能對其安頸全造成危呢害。歉對比相同拍位置處水挖平向與垂壘直向振動閑位移知，兼引水洞的支水平向振蠶動位移響羊應(yīng)遠(yuǎn)大于小垂向振動獨位移響應(yīng)刊，引水洞盲周邊水平冶方向振動夜位移峰值柿為垂向振程動位移峰患值大的萄9.3~息58.使2杠倍。杠此外，引曉水洞周邊巾水平方向春振動位移璃和垂直方么向振動位攔移峰值分保布不同，褲引水洞周覽邊水平振梁動位移峰絹值最大值發(fā)點位于洞輕體靠近爆晌源一側(cè)中光部（凱圖刷2搏中鞭的儀7抬#擊節(jié)點），媽垂直方向數(shù)振動位移姻峰值最大礙值點位于駱洞體頂部欲靠近爆源前一側(cè)（前圖治2弦中理的擱6他#債節(jié)點）。沃隧道與引草水洞間的羞振動位移皇變化如陵圖禍6雷、分圖腫7車所示。掀圖尺6諸淡水平向振泰動位移的妨衰減趨怎勢哄埋煤烈圖蠶7許擔(dān)垂直向振稿動位移的購衰減趨勢術(shù)從程圖斧6離和耐圖舞7訊中可以看洗出，隨著榆與爆源距么離的增大話，振動位隱移變小；努在與爆源養(yǎng)相距較近胖的范圍內(nèi)爸振動位移魚的衰減較案快，之后舒隨著與爆包源距離的豎增大，振缺動位移的嬌衰減逐漸鋤變慢，幾罷乎呈負(fù)指允數(shù)衰減，犯衰減變化耐的轉(zhuǎn)折點那大約在與樹爆源相羞距搏15麗m芹處。蠻3.2鎖悲引水洞的皂振動速度掙響應(yīng)分析逼5.3.箱1再抗振動速度便的計算結(jié)創(chuàng)果艘圖頓8危、昆圖家9致分別為引逢水洞周經(jīng)邊虹7需#延節(jié)點水平誦方向速度棄時程曲線國和滾6哪#兔節(jié)點垂直才方向速度僵時程曲線雨。袋圖潔87滔#談節(jié)點水平狼方向速度遇時程曲壯線陸么技統(tǒng)圖塘96車#游節(jié)點垂直云方向速度恢時程曲渠線弦掉從陵表勿2促中振動速愛度的計算嘩結(jié)果可看勢出，引水堵洞的振動互速度非常餡小，掘進(jìn)癥爆破引起過的引水檢洞周壁的箭最大水平喉向振動速描度只漸有搞0.02洋01cm節(jié)/敞s介，最大垂故直向振動姻速度為雕0.0承0緊15cm帖/s躁。由此可洽知，掘進(jìn)月爆破引起畢太平驛引狹水洞的振蘇動速度很各小，遠(yuǎn)小暢于規(guī)定惑的叛1cm/撇s住的控制標(biāo)饑準(zhǔn)。不可判能對其安統(tǒng)全造成危撓害。技對比相同姻位置處水穴平向與垂辜直向振動斗速度知，領(lǐng)引水洞的車水平向振牲動速度響庭應(yīng)遠(yuǎn)大于蹈垂向振動伙速度響應(yīng)孩，水平方昨向振動速丙度峰值為岔垂向振動蛙速度峰值資的我10.5睡~42.輛4范倍。景此外，引嘗水洞周邊絲水平方向騾振動速度做和垂直方捆向振動速禍度峰值分良布不同。守引水洞周急邊水平向渠振動速度冒峰值最大挨值點位于投洞體靠近腰爆源一側(cè)洞中部（錫圖汁2暈中請的乖7樹#岸節(jié)點），辜垂直向振須動速度峰螞值最大值遇點位于洞矛體頂部（氣圖規(guī)2追中抹的追6所#洽節(jié)點）。室隧道與引旗水洞間的張振動速度廢變化如膝圖請1啟0公和容圖腰1窄1給所示。從騎圖中可以塊看出，與岸振動位移混的衰減趨亞勢類似，糟隨著與爆捆源距離的區(qū)增大，振喉動速度變武小；隧道拖與引水洞開間的振動塊速度衰減絹趨勢亦是蕩在距爆源幻較近的區(qū)宴域內(nèi)衰減牙較快，在乒距爆源較壽遠(yuǎn)的區(qū)域悟內(nèi)衰減相厲對變慢。繼衰減變化暴的轉(zhuǎn)折點桿大約在與咬爆源相成距漆15稈m拖處。事圖庭10哈回水平向振匆動速度的偷衰減趨什勢動萄狼圖休11昌津垂直向振傲動速度的須衰減趨勢胡3.3烈賤引水洞的國振動加速吸度響應(yīng)分?jǐn)∥龈C圖停1頭2諒、奴圖懂1留3貝分別為引擾水洞周診邊擱7膚#偶節(jié)點水平饞方向振動圈加速度時殖程曲線提和秩8乖#返節(jié)點垂直冠方向振動匆加速度時縱程曲線。刃圖殖12代7翻#偶節(jié)點水平迅向加速度四時程曲雨線傅仇牌圖靈13醉8炸#交節(jié)點垂直蓋向加速度珠時程曲線遲從慰表腔2雞中振動加臨速度的計蹄算結(jié)果可興看出，爆撞破引起引飾水洞處的攪振動加速漁度響應(yīng)非叢常小。掘衣進(jìn)爆破引穿起的引水仇洞周壁的香最大水平蘭向振動加培速度只仍有灘17.3棍6mm/意s矩2筋，最大垂央直向振動守加速度類為雕1.31利m配m/s非2蜘。由此可例知，掘進(jìn)腫爆破引起將太平驛引抬水洞的振機(jī)動加速度坑非常小，唱不可能對款引水洞產(chǎn)迫生有害的醬慣性作用擇力苦。蜘換對比相同亦位置處水床平向與垂壽直向振動融加速度知沃，高引水洞的式水平振動元加速度得響應(yīng)啞遠(yuǎn)大于垂訊向振動加駐速度響應(yīng)割，必水平方向辣振動加速曉度峰值為統(tǒng)垂向振動尸加速度峰厚值峰的竟10.5衫~52.括9流倍。坦引水洞周糾邊水平向休振動加速罩度和垂直夕向振動加塊速度峰值喬分布不同泊，也與振任動位移和連振動速度向的峰值所某在位置有撥一定差異掉。引水洞興周邊水平宇向掙加速度峰別值最大值梨點位于洞愉體靠近爆鎮(zhèn)源一側(cè)中瘦部（圖脊2延中莫的凝7太#友節(jié)點），貸垂直向加鞋速度峰值艦最大值點柿位于洞體權(quán)底顧部姿靠近爆源翼一側(cè)聯(lián)（圖偷2孩中的暫8雞#陣節(jié)點）。寺隧道與引透水洞間的疤振動加速士度變化如襲圖糊1賭4暖和付圖確1念5啟所示。從堵圖中可以役看出，與慌振動位移帽和振動速索度的衰減條趨勢類似層，隨著與卡爆源距離點的增大，辰振動加速站度變?。恍淼琅c引式水洞間的途振動加速翻度衰減趨但勢也是在賄距爆源較健近的區(qū)域龍內(nèi)衰減快犯，在距爆之源較遠(yuǎn)的辨區(qū)域內(nèi)衰愉減慢。起圖錢5-27圈吃接水平向振創(chuàng)動加速度庭的衰減趨爽勢今番林圖刷5-28惡頑供垂直向振舌動加速度聾的衰減趨藍(lán)勢銀4偷即隧道爆破捆對引水洞嘩安全的影玩響評價怕通過膽對刑x群x打隧道施工召期間爆破錯振動對引股水洞影響基的數(shù)值分愁析民發(fā)現(xiàn)樓，在隧道葛與引水洞山間，隨著擔(dān)距爆源距僵離的增大健，振動響擠應(yīng)相應(yīng)減使小。閃長藏巖中隧道筋與引水洞匙間距劑為丹150m振時痰，引水洞筒周邊振動掠響應(yīng)很小溫，揭最大水平蛛向祖振動位移秘為已2.87太2嘗×城10站-3功m斥m晝，最大垂眼直頑向振動位揪移卡2.39為1選×驗10膊-4意m納m糊，最大水登平日向另振動速度政0.20凝0結(jié)8誘m有m/s巡，練最大垂向斥振動速度利1.49潤9池×遭10岔-2掠mm/困s鵲，最大水饅平怕向坑振動加速鄉(xiāng)度溜17.3吐5的6犧mm/s矛2不，最大垂王直矛向振動加籮速度木1.30枯8mm/毫s濁2汪。叫按照爆破爬安全規(guī)程次（光GB67軋22-2滾00號3療）規(guī)定，古水工隧道班爆破振動漁安全允許懷標(biāo)準(zhǔn)微為裹7~15請cm/童s輔，若為了鋪安全考慮掙，即使將申振動控制蔑標(biāo)準(zhǔn)確定經(jīng)為惕1cm/否s鄉(xiāng)，那么，年引水洞周貴邊振動鄉(xiāng)速度遠(yuǎn)小倍于控制標(biāo)您準(zhǔn)值。由泰于上述工愈況為整個榆隧道爆破侄工程中的木最不利情炭況，因此監(jiān)，榆x縣x予隧道采用惱爆破施工全，不會對際引水洞安詢?nèi)斐扇喂?jié)何影響。5結(jié)論聚1.數(shù)派從振動位憂移、振動董速度和振貪動加速度驅(qū)三方面的缸數(shù)值計算撞結(jié)果表明利，當(dāng)在閃爐長巖體內(nèi)軟進(jìn)行爆破侍時，引水巴洞周壁處跳的最大振舊動位移只逝有漆2.87棗2濤um蠢，最大振當(dāng)動速度損為炭0.02叢01cm循/博s華，最大振封動加速度筆為柳17.3吧6mm/碌s冤2曾。這說明飼在果x站x簽隧道采用拾爆破施工飽方法不會責(zé)對太平驛保引水洞的猴安全造成獨危害。歡2.疏瘡引水洞周詞邊水平方裁向振動位亮移峰值、狀速度峰值正和加速度撤峰值分別閃為其垂向獸相應(yīng)峰值表的旺9.3~吧58.廳2鞭倍柔、泳10.5燃~42.座4汽倍和徒10.5犬~52.媽9煎倍。大3.欣明引水洞處筑