爆破荷载对地铁车站基坑锚索锚固力的影响分析

叶承敏　戴圣兰

摘要：地铁桩锚围护结构下深基坑爆破施工时，爆破动力作用会对锚索锚固力较大产生影响。本文基于某基坑工程，采用数值模拟方法，建立桩锚围护结构下的基坑爆破开挖模型，分析了不同爆破炸药量和不同起爆点至锚索锚头距离下爆破作用对锚索锚固力的影响。得到了锚固力出现损失时起爆点至锚索锚头最大距离与炸药量之间的关系拟合公式，并与已有爆破破坏分区理论进行比较。结果表明：在起爆点距锚索锚头较近区域，锚索锚固力都是减小的，所得的拟合公式能较好反映药量与距离对锚固力的影响，可为类似工程提供借鉴。

关键词：爆破作用;基坑;长锚索;锚固力

引言

随着城市化的发展，越来越多的城市在进行地铁建设，由于场地普遍狭小，深基坑支护开挖则是常用开挖模式，锚索的使用对岩体有良好的加固效果，因此在深基坑支护工程中被广泛使用。目前，国内外学者对锚索（杆）支护在爆破动载下的动力响应特征进行了许多研究，主要以试验研究、数值模拟和理论分析为主。

本文以某深基坑爆破开挖为工程背景，运用数值模拟研究基坑桩锚围护结构锚索考虑炸药量与起爆点距锚索锚头距离不同的工况下的锚索锚固力的变化规律，以期得到锚索锚固力开始产生损失时炸药量和起爆点距锚索锚头距离的关系，达到炸药量优化的目的。

1 工程概况

本工程为某地铁车站基坑，主体标准段基坑开挖深度约24.0m，基坑宽度为24.0m。主体围护结构采用φ1000@1300钻孔灌注桩，车站主体围护结构止水帷幕采用850@600三轴搅拌桩，支撑体系为一道砼支撑+两道锚索。车站所处土层由人工杂填土、粘性土，第四系全新统、晚更新统黄褐色～棕黄色，可～硬塑黏土层构成，下伏基岩以灰岩为主。

2 计算模型

为研究爆破荷载对岩溶地层长锚索锚固效果的影响分析，在完成距基坑地面前10m土层开挖后，建立考虑爆破炸药量和起爆点距锚索锚头水平距离两种因素影响的爆破开挖模型。

2.1爆破荷载的确定

通常认为炸药爆炸瞬间释放大量的能量，同时产生的巨大冲击波作用在炮孔壁上。冲击波的波阵面上能量密度非常高，作用在炮孔壁上的应力突然上升到一个非常大的值，类似于作用一个集中力，由于岩石介质的阻尼作用，这个应力会迅速衰减，这种情形下可以将爆破荷载时程曲线简化为三角形荷载模型。

2.2桩锚围护结构连接形式

在模拟基坑桩锚支护时，围护桩与锚索如何进行连接关系到整个桩锚结构的受力。在FLAC 3D中，采用sel link命令建立连接属性桩和腰梁连接处、腰梁与锚索锚头连接处均为刚结。

2.3计算模型及边界

依据基坑开挖对周边土体的影响范围，所建基坑模型在竖向一般取基坑开挖深度的2～4倍，本模型最终模型尺寸取84m×40m×72m。围护桩桩长16m，桩间距2.6m;第一道锚索自由段长6m，锚固段长9m，锚头端距基坑地面6m;第二道锚索自由段长5m，锚固段长9m，锚头端距基坑地面10m;两道锚索的倾角均为20o。模型土体采用摩尔库伦实体单元，模型所受的荷载为重力荷载和进行基坑爆破时的爆破荷载，约束条件为：四周施加水平方向约束，底部施加竖向约束。根据本基坑工程的实际地质情况，土体属于松散介质，受力后颗粒之间的位置调整在卸载以后不能恢复，形成较大的塑性变形。因此，本计算采用理想弹塑性本构模型，土的强度特征采用摩尔-库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则。

3 计算结果分析

由于计算结果中第二道锚索所受锚固力较第一道锚索大，本文为得出一般规律，与具体第几道锚索无关，故本节只分析第二道锚索锚固力的变化。经过模型计算得到爆破炸药量与锚索锚固力刚出现损失时，锚头距起爆点的距离关系散点的拟合公式为：

这与黄华东得到的爆破弹性振动区与裂隙区分界半径相差不大。

根据爆破分区破坏理论，弹性振动区是在裂隙区岩体范围以外，只能引起岩体质点的弹性振动。对于本工程所采用的端部錨索，当锚索锚头受到爆破作用而使得与锚头接触的周围岩土体产生塑性变形时，锚索锚头的松动破坏使得锚固力损失。

相同的爆破炸药量下，锚索锚固力出现损失时起爆点至锚索锚头最大距离比爆破弹性振动区与裂隙区分界半径稍小。这是因为：锚头松动导致端部锚索锚固力的损失，而锚头的松动是由于锚头端周围岩体产生了不可逆的变形。起爆点至锚索锚头距离比爆破弹性振动区与裂隙区分界半径小时，锚头周围岩体是处于裂隙区，与锚索锚头接触的周围岩土体产生塑性变形，导致锚头产生松动破坏，进而使锚固力产生损失;而当起爆点至锚索锚头距离和爆破弹性振动区与裂隙区分界半径相同时，锚头周围的岩体处于弹性变形与塑性变形的临界状态，锚头周围的岩体不产生塑性变形，故锚头也就不会产生松动，锚固力也就不会有损失。

参考文献：

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