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深基坑爆破对邻近地铁隧道的振动影响研究

范晓强  
【摘要】:地铁隧道爆破开挖期间,通常要考虑爆破对地面建筑物的振动影响,地铁建成投入运营后,基坑爆破开挖对邻近地铁隧道的振动影响成为威胁地铁安全的重要因素。本文以青岛地铁13号线保护区范围内的某爆破开挖的基坑工程为依托,结合隧道振动监测数据,通过FLAC3D数值模拟从应力、位移和速度三方面研究了基坑爆破开挖对邻近地铁13号线的振动影响。具体研究内容及成果如下:(1)根据该基坑工程的工程概况、受影响的区间隧道概况建立数值模拟模型,根据地质勘察报告的参数表合理选取参数,基于基坑爆破方案参数采用三角脉冲荷载对爆破荷载进行等效计算,参考地铁13号线的振动监测方案设置监测点,对该基坑爆破开挖进行数值模拟。将数值模拟结果与工程实测数据进行对比分析,验证了数值模拟结果的准确性,同时将监测数据按照萨道夫斯基公式进行拟合,得到了该基坑爆破振速与距离的关系。(2)从基坑爆破方面选取了爆破药量、炮孔布置和延期时间三个因素,研究了基坑爆破参数对地铁隧道的振动影响。结果表明:在相同的起爆网路下,爆破药量越大,隧道迎爆侧的最大主应力的拉应力值、位移及振动速度就越大;在相同的爆破药量下,单段爆破的炮孔数越多,爆破药量越分散,炮孔到隧道的距离变大,隧道迎爆侧的最大主应力的拉应力值、位移及振动速度就越小。爆破药量一定的情况下,四孔一段爆破时,炮孔不同的布置方式会对邻近地铁隧道产生不同的振动影响。水平方向上,单排炮孔的情况下,炮孔垂直于隧道布置时,隧道最大主应力的拉应力值、位移及振动速度远小于炮孔平行于隧道布置。竖向方向上,双排炮孔的情况下,前后排炮孔布置在同一台阶时,隧道的最大主应力的拉应力值、位移及振动速度均小于前后排炮孔布置在两个台阶的情况。采用毫秒延时爆破技术能够有效减小爆破震动的危害,延时爆破情况下,隧道最大主应力的拉应力值、位移和振动速度明显小于同时爆破的情况。爆破延时时间越长,每段爆破对隧道的影响就越独立,各测点曲线的波动将表现出明显的周期性。(3)从隧道断面的形状和跨度两方面研究了基坑爆破对马蹄形、直墙半圆拱形和圆形隧道的振动影响。结果表明:基坑爆破过程中,不同断面形状隧道的应力、位移及振速响应规律基本相同,即隧道迎爆侧的最大主应力、位移及振速均大于背爆侧;隧道断面跨度越大,迎爆侧的最大主应力、位移及振速越大,背爆侧的最大主应力、位移及振速越小。三种断面形状在相同的断面跨度下,马蹄形隧道迎爆侧的应力、位移及振速均较大,圆形隧道次之,而直墙半圆拱形隧道的应力、位移及振速则最小。


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