基于FLAC3D软件分析爆...工对近接既有隧道安全的影响_熊江华.pdf

工程技术建 筑 技 术 开 发100 Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月基于FLAC 3D软件分析爆破施工对近接 既有隧道安全的影响熊江华，陈 雷，赵兴达，普可嘉，陈 棋（中国电建集团市政规划设计研究院有限公司，广东珠海 519000）摘要 为研究复杂地形地质下爆破施工对近接既有隧道安全的影响，以珠海市横琴新区环岛西路（西环隧道及西环隧道以南段）扩建改造工程为工程背景，基于FLAC3D软件建立数值模型，模拟爆破施工对隧道安全的影响。根据对数值计算结果的分析，得到以下结论：不同围岩等级对既有西环隧道的变形影响明显；新建辅道的施工工法有效控制既有西环隧道的应力影响；不同围岩等级对既有西环隧道的振动速度影响较为明显。关键词 FLAC3D软件；近接隧道；爆破施工；隧道安全 中图分类号U 455.6 文献标志码A 文章编号1001-523X(2023)02-0100-03ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF BLASTING CONSTRUCTION ON THE SAFETY OF ADJACENT EXISTING TUNNELS BASED ON FLAC3D SOFTWAREXiong Jiang-hua，Chen Lei，Zhao Xing-da，Pu Ke-jia，Chen Qi AbstractIn order to study the impact of blasting construction on the safety of adjacent existing tunnels under complex terrain and geology,this paper takes the expansion and reconstruction project of Huandao West Road(West Ring Tunnel and the southern section of West Ring Tunnel)in Hengqin New District,Zhuhai City as the engineering background,and establishes a numerical model based on FLAC3D software to simulate the impact of blasting construction on tunnel safety.According to the analysis of numerical calculation results,the following conclusions are drawn:different surrounding rock grades have obvious effects on the deformation of the existing West Ring Tunnel.The construction method of new auxiliary road effectively controls the stress influence of the existing West Ring Tunnel.The influence of different surrounding rock grades on the vibration velocity of the existing West Ring Tunnel is obvious.KeywordsFLAC3D software;proximity tunnel;blasting construction;tunnel safety珠海市横琴新区环岛西路（西环隧道及西环隧道以南段）扩建改造工程建设过程中，隧道爆破施工安全已成为该地下工程建设面临的主要问题。在隧道爆破施工中稍有不慎就可能引起边坡塌方、冲击波、震动、有毒气体扩散等灾害，甚至会对邻近既有隧道造成衬砌开裂、剥落、坍塌等危害行车安全的现象，严重威胁到了人民的生命财产安全。朱胥仁等1解决高地温隧道爆破施工安全及高温对施工人员及爆破器材不良影响。杨利民2结合实际工作情况，提出洞口位置安装防爆棚、洞内短进尺、弱爆破等手段。伍海龙等3、肖欣欣等4分别依托实际隧道爆破施工案例，运用FLAC3D软件建立数值模型，模拟隧道爆破开挖对既有建筑物的安全影响。蔡军等5基于FLAC3D软件对隧道爆破开挖引起地表震动效应进行数值模拟。目前对隧道爆破的研究大多都是在隧道爆破施工技术上，然而爆破施工对近接既有隧道安全影响，包括隧道的变形、应力分布、爆破振速等的研究较少。通过有限差分析软件FLAC3D模拟近接既有隧道爆破施工，分析隧道变形和强度情况，是否出现开裂或者大变形，揭示爆破施工不同围岩的爆破振速，对解决近接既有隧道爆破施工安全问题具有重要参考意义。1 工程概况该工程设山岭隧道1座：西环隧道辅道隧道，隧道长580 m，隧道洞宽为12.5 m，全长按小净距隧道形式布置，与既有西环隧道净距为8 m，属中隧道，最大埋深约130 m，位于现状西环隧道东侧，北起横琴大道，穿越大横琴山，南接长隆大道，如图1所示。图1 珠海市横琴新区环岛西路扩建改造工程概况（计算结截图）西环隧道辅道隧道、级围岩主要采用上下台收稿日期：20230104作者简介：熊江华（1979），男，江西南昌人，高级工程师，主要研究方向为工程管理。工程技术建 筑 技 术 开 发 101Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月阶法施工，整个断面分上下两次爆破开挖，先开挖上部，再开挖下部；级围岩主要采用CD法爆破；V级围岩采用CRD法爆破。2 新建辅道隧道爆破施工安全研究分析2.1 计算模型建立依托珠海市横琴新区环岛西路（西环隧道及西环隧道以南段）扩建改造工程施工方案和设计资料，基于圣维南原理，充分考虑边界效应的影响，建立数值模型尺寸为：长（x向）宽（y向）高（z向）=131 m580 m188 m。建模包括三维地层、新建辅助通道、既有西环连拱隧道结构以及中岩墙注浆加固区，如图2所示。山体地层既有西环隧道图2 数值模型计算范围（计算机截图）混凝土结构采用弹性实体单元进行模拟，锚杆、钢支撑、钢架采用1D结构单元模拟（图3）。地应力场按自重应力场考虑。本次计算选取的爆破相关参数见表1，计算得到每1 kg爆破荷载峰值为758.344 kPa。锚杆中岩墙注浆加固临时支撑钢拱架图3 结构单元数值模型表1 爆破计算参数工法工序装药量/kgPe/MPaV级围岩CRD法爆破161.0446.289 228.221.385 362.2447.199 424.318.428 级围岩CD法爆破1104.479.171 253.00 40.192 3124.894.641 450.238.069、级围岩上下台阶法爆破1283.6215.066 2103.578.489 在隧道分部顺序爆破开挖，先确定开挖面的单元，施加等效爆炸应力时程荷载于等效开挖边界上，待爆破稳定之后，去掉开挖面上的土体，待稳定之后施做初期支护及二次衬砌结构。根据隧道开挖的全过程中各具体施工步骤，采用“激活钝化”的方式模拟基坑开挖全过程，最终对衬砌结构、既有连拱隧道结构和周边地层的变形和内力做出合理的预测。2.2 近接既有西环隧道爆破振速研究2.2.1 近接既有西环隧道竖向振动速度分析新建辅道各围岩段隧道爆破施工会造成西环隧道衬砌结构产生竖向振动速度波动，随爆炸时间过去时间越长，结构速度振幅逐渐减小。经统计处理，整个过程中西环隧道衬砌结构的竖向振速峰值见表2。表2 西环隧道衬砌结构竖向振速峰值 （cm/s）序号工序竖向振速峰值控制值1V级围岩段爆破施工17.22520.02IV级围岩段爆破施工15.29620.03III级围岩段爆破施工21.73620.04II级围岩段爆破施工21.49320.0依据控制标准可知，洞口段IV级、V级围岩段新建辅道采用CRD法和CD法爆破施工，所采用装药量少，引起的西环连拱隧道振速峰值均满足规范要求，都在安全控制范围之内。但是，洞身段II级、III级围岩段新建辅道采用上下台阶法爆破施工，上台阶所采用装药量大，引起的西环连拱隧道振速峰值超出规范要求，不在安全控制范围之内。经对比分析可知，在II级、III级围岩段，不同围岩等级对既有西环隧道的竖向振动速度影响较为明显。IV级、V级围岩段与III级围岩段相比，CRD法和CD法对既有西环隧道竖向振动速度控制效果明显。因此，在II级、III级围岩段，当爆破振动对围岩扰动较大时，应增加中岩墙的注浆加固措施，或者采用预裂爆破，或者采用控制更好的CD法或者CRD法。2.2.2 近接既有西环隧道水平振动速度分析新建辅道各围岩段隧道爆破施工会造成西环隧道衬砌结构产生水平振动速度波动，随爆炸时间过去时间越长，结构速度振幅减小。经数据统计，获得整个过程中西环隧道衬砌结构的水平振速峰值见表3。表3 西环隧道衬砌结构水平振速峰值 （cm/s）序号工序水平振速峰值控制值1V级围岩段爆破施工17.50620.02IV级围岩段爆破施工17.85720.03III级围岩段爆破施工24.62220.04II级围岩段爆破施工24.20120.0依据控制标准可知，洞口段IV级、V级围岩段新建辅道采用CRD法和CD法爆破施工，所采用装药量少，引起的西环连拱隧道振速峰值均满足规范要求，工程技术建 筑 技 术 开 发102 Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月21世纪以来，人类屡次遭受传染病疫情的考验，通过今年呼吸类传染病传播途径研究，证明呼吸类传染病极有可能通过给排水系统传播。因此，如何通过对医院发热门诊给排水系统的设计和建设，阻断病毒在发热门诊内部的交叉传播，受到各级政府部门的重都在安全控制范围之内。但是，洞身段II级、III级围岩段新建辅道采用上下台阶法爆破施工，上台阶所采用装药量大，引起的西环连拱隧道振速峰值超出规范要求，不在安全控制范围之内。经对比分析可知，在II级、III级围岩段，不同围岩等级对既有西环隧道的水平振动速度影响较为明显。且采用CRD法和CD法爆破施工有效控制西环隧道的爆破振动速度。因此，在II级、III级围岩段，当爆破振动对围岩扰动较大时，应增加中岩墙的注浆加固措施，或者采用预裂爆破，或者采用控制更好的CD法或者CRD法。3 结束语在珠海市横琴新区环岛西路（西环隧道及西环隧道以南段）扩建改造工程的建设中，爆破施工安全的问题是最为紧要的，根据既有西环隧道爆破振动分析，洞口段IV级、V级围岩段新建辅道采用CRD法和CD法爆破施工，所采用装药量少，引起的西环连拱隧道振速峰值均满足规范要求，都在安全控制范围之内。但是，洞身段II级、III级围岩段新建辅道采用上下台阶法爆破施工，上台阶所采用装药量大，引起的西环连拱隧道振速峰值超出规范要求，不在安全控制范围之内。参考文献1 朱胥仁，苗永旺，陈佐林，等.高地温隧道施工的爆破安全技术J.工程爆破，2020，26（3）：6367，74.2 杨利民.复杂环境下隧道控制爆破安全技术探索J.公路交通科技（应用技术版），2020，16（4）：613.3 伍海龙，梁家琴，梁兴印，等.基于FLAC3D软件分析爆破施工对既有砂岩隧道的影响J.建筑施工，2020，42（9）：17941796.4 肖欣欣，李夕兵，宫凤强.隧道开挖及爆破对地表高压铁塔影响的FLAC（3D）分析J.地下空间与工程学报，2013，9（6）：14011405.5 蔡军，何忠明，林志元，等.隧道爆破开挖震动效应的数值模拟J.矿冶工程，2015，35（4）：58.基于传染病防控的社区医院发热门诊 给排水设计探讨邓立