偏压对小净距隧道爆破开挖的影响分析

摘 要：运用MIDAS/GTS有限元软件，数值模拟浅埋偏压小净距隧道在不同埋深、不同偏压角度下，后行洞爆破开挖对先行洞的振动影响情况，对比分析得出在爆破振动作用下，埋深及偏压角度对浅埋偏压小净距隧道的影响规律。

关键词：偏压隧道;爆破振动;初期支护;数值模拟

近年来，对于浅埋偏压小净距隧道的受力形式以及其破坏机理，众多学者做了相关研究。王汉鹏等[1]通过有限元弹塑性的三维弹塑性的损伤耦合模型，模拟偏压隧道的岩体变形和损伤破坏特性，得到了合理的小净距浅埋偏压隧道开挖工序;陶连金、张印涛等[2]应用遍历节理模型对偏压隧道的施工过程和结构受力进行了模拟计算研究，分析了隧道围岩的受力以及变形破坏的特点;师伟、展宏越等[3]分别通过隧道围岩变形监控量测方法和有限元分析计算两种方法对黄土偏压隧道破坏机理进行了研究，分析了在黄土偏压隧道施工时地表和隧道围岩的变形破坏机制。同时根据偏压隧道的受力及变形特点，对偏压的合理开挖顺序做了一定研究。张运良等[4]研究小净距浅埋偏压隧道在不同的净距、偏压角度、埋深条件下，分别先开挖浅埋或者深埋侧隧道下围岩的受力以及变形特征，得到了小净距偏压隧道在不同条件下的合理开挖顺序。但是以上结果都是基于在静力作用下隧道的受力及变形特性得出的，未考虑隧道在爆破振动作用下的响应结果。

一、有限元模型建立

采用有限元动力分析软件MIDAS/GTS进行小净距偏压隧道数值模拟分析，模型边界取4倍左右的隧道开挖洞径，上边界为自由边界。围岩级别为Ⅳ级。模型的初期支护采用喷锚支护，模型在进行单元划分时，围岩为实体单元，采用四面体单元进行划分;初期支护划分为板单元，厚度为26cm;锚杆定义为植入式桁架单元，锚杆长度L=3.5m。建立的隧道三维典型模型图如下图1所示。同时把围岩视为连续的弹塑性体，根据相关规范选取各项材料的基本参数，模型中围岩及材料基本物理力学参数见表1。

二、埋深的影响

偏压隧道与一般隧道的区别受到隧道埋深的影响，因此在研究不同埋深情况下，爆破振动对既有偏压隧道的影响时，要通过对比分析在偏压与未偏压时先行隧道在爆破振动作用下的动力响应情况。

由MIDAS-GTS分析得出：在不同埋深时，因后行洞爆破开挖，先行洞在偏压情况与未发生偏压情况下的初期支护各个关键点水平径向峰值振速，见表2：

三、偏压角度的影响

由上节可以看出，偏压隧道后行洞爆破振动主要对先行洞的拱腰及拱顶有明显影响，并且对拱腰及拱顶的影响规律一致。因此，在研究偏压角度对爆破振动的影响时，只需研究迎爆侧拱腰位置（5#关键点）的振速变化即可。由MIDAS/GTS分析得出：偏压隧道在不同偏压角度时，先行隧道初期支护在后行隧道爆破作用下5#关键点水平径向峰值振速见下表5：

四、结语

（一）当隧道偏压时，后行洞爆破振动主要对先行洞的拱腰及拱顶有明显影响，其中对拱腰位置的影响最为明显。

（二）但是随着埋深的增加，偏压隧道后行洞爆破振动主要对先行洞的拱腰及拱顶的影响逐渐变小，并且当埋深达到2.5倍开挖洞径时，后行洞爆破对偏压隧道先行洞的影响中，先行洞的偏压情况可以忽略;同时当偏压隧道埋深大于2.5倍洞径时，可以不用考虑埋深对先行隧道初支结构在爆破爆破振动作用下的动力响应影响。

（三）当隧道偏压时，隧道埋深与偏压角度对偏压隧道爆破振动影响的规律是不同的，因而在研究偏压隧道爆破对先行隧道的振动影响时应综合考虑隧道埋深与偏压角度。

（四）当埋深小于0.5倍隧道开挖宽度时，先开挖浅埋侧隧道对先行洞因后行洞爆破的振动影响较小;当埋深大于0.75倍隧道开挖宽度时，先开挖深埋侧隧道对先行洞因后行洞爆破的振动影响较小。

参考文献：

[1]王汉鹏，李术才，郑学芬.偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究[J].岩土力学，2009，30（6）：1705-1710

[2]陶連金，张印涛，姜德义等.某深埋偏压公路隧道围岩破坏机理及防治对策研究[C].中国土木工程学会第十届土力学及岩土工程学术会议论文集，2007：712-716

[3]展宏跃，王起才.浅埋偏压黄土隧道洞口段变形破坏分析及整治措施研究[J].水利与建筑工程学报，2009，7（4）：117-120

[4]张运良，扶晓康，刘海林等.浅埋小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨[J].铁道科学与工程学报，2013，10（5）：57-63.

作者简介：廖春泉（197206），男， 四川， 高级工程师，学历： 本科。