双跨连拱隧道侧导洞扩挖动力分析

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1、第&)卷增刊石家庄铁道学院学报*+,-&)./00-!""!年1月234567839.:;2;7<:476=57;8>7?;6.@;@4@A7/B-!""!CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC双跨连拱隧道侧导洞扩挖动力分析王晓放&D李存德!D宋玉香%DE石家庄铁道学院成人教育分院&D土木工程分院%D石家庄")""F%辛集市市政工程公司!D辛集")!%("DG摘要H博山!号双跨连拱隧道采用三导洞钻爆法施工I中导洞超前I两侧导洞滞后I待中隔墙完成后进行侧导洞

2、扩挖J为保证施工安全I采用有限元程序对扩挖过程进行分析I得出中隔墙的最大震动速度JG关键词H双跨连拱隧道扩挖爆破震动效应分析G中图分类号H4F)&G文献标识码H7G文章编号H&""(#%!!(E!""!D增#""")#"%K工程概况博莱高速公路上的博山!号隧道位于淄博市博山区西南约FLM处I进口毗邻乐村南I出口临近樵岭前镇I隧道穿越一中低山梁J隧道进口N出口均处在偏压范围内I洞身最大埋深&")MI隧道穿越地层以ONP类围岩为主J隧道按四车道双跨结构设计I即联体双洞隧道I中隔墙厚&-’"MJ隧道按新奥法原理设计I采用由喷锚和二次模筑混凝土组成的复合

3、式衬砌J隧道采用三导洞钻爆法施工I中导洞超前I两侧导洞滞后I待中隔墙完成后进行侧导洞扩挖I具体施工程序为QE&D进出口中导洞领先掘进RE!D中导洞开挖支护&""M后进行左导洞开挖I左导洞左边墙永久性支护RE%D视中导洞围岩情况在开挖&""S&)"M处开挖中导洞与左右导洞横通道REFD横通道开挖支护完成后I进行中隔墙衬砌I同时右导洞掘进R图K施工程序示意图E)D中隔墙衬砌达到设计强度后I进行左右导洞扩挖N支护N衬砌J具体施工程序见图&JT动力分析模型及参数选定T-K计算范围从理论上讲I计算中所取的计算区域越大I其结果越准确I由于计算机内存容量的限制

4、I只能取一定范围计算J计算中选取的计算域为(倍的洞跨J收稿日期万方数据!""!#"$#"%王晓放男&’(’年’月出生工程师^石家庄铁道学院学报第(2卷!"!边界条件在进行隧道及地下结构的动态分析时#边界条件的设置将对分析结果产生重大影响$根据经验#当以竖向震动为主时#网格两侧可采用水平约束#底面采用竖向约束#并使之离开隧道底部较远%当以水平震动为主时#网格两侧可采用竖向约束#底面取至基岩$本文在计算过程中采用四周固定的边界条件$!"&材料参数的确定在计算过程中#有关的物理力学指标除弹性模量按式’()计算外#其余按静力指标采用#密度为0*+,,-.

5、/-#动弹性模量*1"21345#泊松比,"*#纵向弹性波速0"67-/8$’(<=)’(>*=)*9:;?@?’()(>=!"A计算参数的选定’()B值的选取$当BC("06时#对于线弹性问题#DEFF8GHIJ法是无条件稳定的#在计算中取为B;("+$’*)步长KL的确定$当步长与周期的比值小于,",(时#DEFF8GHIJ法能够得到足够的精度$在选取的所有模型中#系统的基本周期均大于,"(8#因此在计算中将步长KL取为,",,(8$>2’0)MNO值的选取$经计算得M;(PQ1+#O;+P602R(,$&爆破加载模型的确定开挖爆破所产生的震

6、动是随机的#它取决于炸药的品种和质量N药量N装药方式N炮眼布置N起爆顺序和间隔时间N爆破激振力的作用时间以及围岩和支护的特性等诸要素$&"S爆破激振力值的计算爆破冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩石的最初压力#其值大小取决于炸药的性质N岩石的性质和炸药与岩石的耦合情况#炸药爆炸时的最大压力值T值利用式’*)计算%给予岩体的最大压力值TU-5V式’0)计算$**TU;,P+*+WX’(>,"2+01<,"(10X)’*)式中#X为炸药密度%W为炸药爆速$*X@?T-5V;TU’0)X@?

7、炸药在岩石中传播的纵波波速%T为炸药密度%U?ZY为炸药爆速$计算得到的扩挖时产生的最大压力值为T6-5V;*"(QR(,[$&"!爆破激振力的作用时间和方向炸药爆炸时其对炮眼壁的作用是均匀的#因此将爆破激振力的作用方向定为沿炮孔轮廓线的外法线方向#具体计算时将其按炮孔轮廓线上的节点个数平均分配#最终分解为作用于轴和]轴方向上的作用力$&"&爆破激振力的到来时间和持续时间根据毫秒雷管的起爆时间#将各段爆破所产生的激振力到来时间分别定为,#2,#((,#*,,#0(,-8$爆破激振力的持续时间是很难准确设定的#炸药的爆炸反应通常在几十微秒内即可完

8、成#作用时间很短#波峰过后#压力将迅速下降$由于压力随着时间的变化理论和实测资料都很缺乏#将各节点上的爆轰激振力按阶段上升至峰值#并持续