第３８卷，第５期 ２ ０ １ ３年１ ０月 公 路 工 程 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３８，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２ ０ １ ３ 铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究 张建军 （湖南省高速公路管理局，湖南长沙４１００１６） ［摘 要］通过建立不同交叉角度、净距和围岩条件的实验工况，对交叉段新建隧道施工爆破地震波引起的既 有隧道衬砌的峰值速度进行分析，探讨了不同因素作用下立体交叉隧道施工爆破的动力响应。研究结果表明：处 于迎爆侧的拱底和墙脚之间区域影响最为显著；除净距是上下交叉隧道最显著的影响因素外，随着交叉角度的增 加，拱底速度峰值呈增大趋势，并且增长率逐渐加快；岩体坚硬完整，爆破振动波传播衰减越慢，爆破地震波在传到 既有隧道之前，出现峰值回升。 ［关键词］铁路交叉隧道；施工爆破；时程动力分析；动力响应 【中图分类号］Ｕ ４５８．１ ［文献标识码］Ａ 【文章编号］１６７４—０６１０（２０１３）０５—００１８—０７ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｔｕｎｎｅｌ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｊａｎ （Ｈｕｎａｎ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００１６，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｎｅｗ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍａｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｔｕｎｎｅ１．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｐｅａｋ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎｔｅｒｖａｌ，ｃｒｏｓｓ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉ— ｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｆｆｅｃｔ ＯＣＣＵＲＳ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｒｃｈ ｂｏｔｔｏｍ ａｎｄ ｗａｌｌ ｆｏｏｔ ｆａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｉｄｅ；ｃｌｅａｒ— ａｎｃｅ ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ；ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ａｒｃｈ ｗａｓ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ；ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｃａｙｅｄ ｓｌｏｗｅｒ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ａｎｄ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ， ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｒｅｂｏｕｎｄ ｗｈｅｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅｓ ｒｅａｃｈ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｔｕｎｎｅ１． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉｃ ｔｉｍｅ・ｈｉｓｔｏｒｙ；ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅ— ｓｐｏｎｓｅ Ｏ 前言 随着我国经济持续高速发展，一方面对交通设 施总量的需求不断增加，必然出现既有线旁修建新 线、一次性建成复线，以及对铁路既有线进行改造， 新建铁路与公路并行以增大运量；另一方面对高速 隧道 。对于立体交叉隧道中新建隧道的近接施 工，矿山法仍依其固有优势而广泛适用。近接爆破 施工，一方面会引起地下洞室岩体力学性质的劣化， 如原有裂隙的张开与扩展，新裂隙的产生，岩体声波 速度的降低，渗透系数的增大等，另一方面会改变既 有隧道的受力状态，附加动荷载作用在既有隧道的 支护结构上，对既有隧道支护结构亦会产生种种不 和安全的要求不断提高，不论新建铁路线长隧道还 是高速公路隧道，普遍采用上、下行隧道独立的设计 方案。因此，立体交叉隧道必然大量涌现，例如采用 矿山法施工的深圳地铁太安站一怡景站区问隧道地 铁５号线和７号线接入段重叠 ，厦门市机场快速 路为岛内纵向城市主干道，采用复杂的互通式立交 ［收稿日期］２０１３—０９—１ｌ 利影响，如结构承载力下降、支护结构（二次衬砌） 的破坏、剥落，变形过大侵入限界等。限于炸药爆炸 的。因此，对交叉隧道施工爆破的动力响应进行分 析，进而在此规律指导下进行合理的爆破设计并提 出行之有效的施工控制标准。 ［基金项目］国家自然科学基金资助项目（５０８０８１７６）；中国建筑第五工程局有限公司项目（２０１１） （作者简介］张建军（１９８２一），男，湖南南县人，工程师，主要从事高速公路建设与管理工作。 ２０ 公路工程 ３８卷 如表２、图４所示。真实模拟出实际分段起爆，必然 ●ⅡⅢⅣＶⅥⅦⅢⅨ 引起模型的单元与结果的大小成倍增长，而这也将 Ｐ＝Ａ（ 一 ）ｅ－Ｒ１１／－Ｉ－曰（卜 ）ｅ－Ｒ２ｖ＋ （１） 相应地导致计算时间的增长，囿于现有计算机性能 的有限性，依据等效原则进行适当简化：将距离较近 式中：Ａ、Ｂ、Ｒ。、Ｒ：、０．７为炸药材料的常数；Ｐ为压力； 的同段位炮孔进行合并，炮眼位于形心，深度相同， 直径增大。本文主要关注爆破点较远处的震动影 响，依据圣维南原理，此次简化在有效保存分段、光 ８ ８ ８ ８ ５ ９ ２ ８ Ｏ 为爆炸生成物相对体积；Ｅ。为爆炸生成物初始比 微差爆破通过定义具有相同参数，但对应不同 内能。 面等爆破设计目标的同时，其影响可以忽略不计－甜 。 ｏ 。 ¨ ＝２＂ 材料号的炸药材料和关键字 ＩＮＩＴＩＡＬ—ＤＥＴＯＮＡ— 表２爆破设计表 ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ＴＩＯＮ实现 。炸药具体参数选取如表３所示。 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ３ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ 序号 炮眼 炮眼数／ 炮眼长单孔装药 装药 分类 个 度／ｍ 量／ｋｇ ●Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ 结构 掏槽 ９ ７ ７ 集中 ７ ７ 辅助 连续 辅助 连续 辅助 连续 辅助 连续 辅助 连续 辅助 连续 周边 间隔 底板 连续 ７．５ｍ ８２。７０。０．６ （ａ）上台阶横断面炮眼布置 （ｂ）Ａ—Ａ断面炮孔位置（单位：ｍ） （Ｃ）炮眼网格划分图 图４爆破设计示意 Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ２．２炸药材料模型及参数 ＬＳ—ＤＹＮＡ求解器能够根据所定义的炸药材料 状态方程有效模拟炸药的能量释放过程，炸药采用 材料模型ＭＡＴ—ＨＩＧＨ—ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ—ＢＵＲＮ。炸药引 燃后体积发生膨胀，周围介质受到压力进而向外传 播。ＪＷＬ状态方程可以高效模拟炸药的能量释放 过程，其物理意义是表述爆炸过程中压力与比容的 关系，如式（１）所示 ： 表３炸药参数衰 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ８ ５ ９ 参数 取值 参数 取值 ｐｏ／（ｇ・ｅｍ一 ） １．３１０ Ｏ／（ｅｍ・ｐ，ｓ一 ） ５．５００ Ａ／（ｘ１０“Ｐａ） ２．１４４ Ｂ／（×１０“Ｐａ）０ ００１ ８２ Ｒ１ ０．２ Ｒ２ ０．９ Ｐｃｊ／（×１０“Ｐａ） Ｏ．０９０ ９７ Ｅ０／（×１０“Ｐａ）０．０４．１ ９２ ｎ，０．１５ ２．３岩石介质模型及参数 根据动力强度理论，爆破作用下结构动力破坏 以具有较稳定值的材料极限应变为标准。ＬＳ—ＤＹ— ＮＡ中岩石材料模型ＭＡＴ—ＰＬＡＳＴＩＣ—ＫＩＮＥＭＡＴＩＣ因 可考虑应变率及通过硬化参数ＪＢ调整随动硬化和各 向同性硬化失效贡献特征，适宜模拟动力作用下的 岩石材料。应变率对强度的影响用Ｃｏｗｐｅｒ—Ｓｙｍｏｎｄｓ 模型来考虑，屈服应力与应变率关系如式（２）所示： ． ［１＋ ｓ ） （２） 式中： 。为初始屈服应力；ｓ 为有效塑性应变；ｓ 为应变率；口为塑性硬化模量；Ｃ、Ｐ为Ｃｏｗｐｅｒ—Ｓｙｍ— ｏｎｄｓ应变率参数。围岩参数取值如表４所示。 表４围岩参数表 Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｒｏｃｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒ 注：ＳＩＧＹ为屈服应力；ＥＴＡＮ为切线模量；ＢＥＴＡ为硬化参数； ＳＲＣ为应变率参数；ＳＲＰ为Ｃｏｗｅｒ Ｓｙｍｏｄｓ应变率参数；ＦＳ为失效单 元破坏应变。 ３既有隧道衬砌震动响应 现代动力强度理论证明，结构的爆震破坏是动 力破坏，即引起结构材料破坏的是材料的应变和位 ８第５期 张建军：铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究 ２ｌ 移。考虑到位移是速度在周期内的累积，而且因为 特征点在此次爆破荷载作用下的主振频率在６０— 破坏位移既是由速度主要决定，而且也与建筑结构 的振动周期有关，所以，地震动时的安全判据应是地 震动速度，且需考虑地震波频率的影响¨引。 ３．１ 既有隧道震动环向响应分布规律 选取工况１—１２作为对象，对既有隧道衬砌环 向震动影响进行分析，特征点的选取如图５所示。 已有研究结果表明，上下交叉隧道爆破震动影响的 允许峰值振速由竖向峰值震速控制，因此下文峰值 速度均为竖向峰值速度¨ 。衬砌结构典型部位的 速度时程曲线如图６所示。 图５特征点分布图 Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ０．０ｌ５ Ｏ．０ｌ ０．００５ ０ －０．００５ —０．０ｌ Ｕ ｏ．１ Ｕ．Ｚ Ｕ．ｊ Ｕ．４ Ｕ．５ Ｔｉｍｅ（ｕｓ）（Ｅ＋６） 注：Ａ一拱底，Ｂ一墙角，Ｃ一墙腰，Ｄ一拱脚，Ｅ一拱腰，Ｆ一拱顶 图６速度时程曲线（×１０“ｃｍ／ｓ） Ｆｉｇｕｒｅ ６ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（×１０” ｃｍ／ｓ） 图５、图６所示震动速度时程曲线和主振频率 分布均提取自工况８，即三级围岩条件下净距为 １Ｄ，交叉角度为０。的情况，其他工况图形及数值与 此类似，限于篇幅，仅以工况８为例进行分析，其它 不再赘述。从图５可以看出：虽节点位置不同，但 震动速度均是先后经历了几个峰值后，便趋于稳定， 逐步衰减，趋向于０。其中第一个峰值作用尤为明 显，根据爆破的基本原理可知，此较大影响来源于掏 槽眼炸药炮轰的作用，其后的次要峰值来源于辅助 眼和周边眼爆破冲击波。节点速度时程曲线经过快 速傅里叶变换后，从图７可以看出：既有隧道衬砌 ８０ Ｈｚ之间。 ０ Ｉ 一 一口 窖 图７主振频率分布（×１０‘Ｈｚ） Ｆｉｇｕｒｅ ７ Ｍａｉｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 从表５可以得出： ①由于拱底和墙角之间各节点处于迎爆侧，震 动速度峰值明显大于边墙和拱腰各点，各工况均以 ●２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｍ拱底中心点附近速度峰值最大； Ｂ ８ ３ Ｈ ９ ３ ②拱底和墙角虽始终处于震动最强烈区域，但 ８ ２ ２ ５ ５ ９ 距离较小如０．５Ｄ时，两者优势明显，其中拱底速度 峰值约为除墙脚外其它各特征点峰值的３倍以上，＝：： 但随着距离增大，两者震动影响趋同，均在２倍以 ｉ一脚一拱一 ｌ ８ ２ ５ Ｏ ９ ２ ７ ３ ３ ７内。 表５环向震动速度 Ｔａｂｌｅ ５ Ｖｅｏｏｃｉｔｙ ｏｆ ｒｉｎｇ ｆｒａｍｅｓ （ｃｍ・８一’） ７ ４ ２ ３ ２ ｌ 工况拱底 拱腰 拱顶 ７ 左 ５ ｌ ４ ４ — ２ ２ ｌ ３．７ ５ ５ ４ ２．７ Ｏ．９ ３ ３ ｌ ６ ｌ ７ ４ ｌ Ｏ ４ Ｏ２．７ ２．３ ９ ６ ２ １．Ｏ ６ ３ ４ ２．４ １．７ １．１ ４．１ １．８ １．６ 注：①工况１—３，三种工况左右对称，因此仅取一侧进行分析； ②工况１Ｏ—ｌ２，即９Ｏ。交叉时，左侧对应开挖方向前侧既有隧道衬砌 特征点，右侧对应后侧特征点。 ３．２ 既有隧道衬砌震动速度最大值分布规律 拱底和墙角震动影响最为显著，且随角度出现 较大变化，因此需着重考虑爆破震动对此区域的影 响。取工况１一ｌ２既有隧道中心断面拱底及其周边 具有主、次峰值速度２点列表分析（见表６）。 如表６所示。分析表既有隧道衬砌主、次峰值 速度可知： ｍ ３２ ３ ２ ｌ ２ ８ ¨＂ｍ７ Ｏ ４ ９＿二 ７ ｌ ３ ２４ Ｏ ６ ２ｌ Ｏ ３ ｌ８ ３９ ５ ７４ ｌ ２ ２６ ４ ２ ２ ３２ ６ ９ ５２２ 公路工程 ３８卷 表６主、次峰值速度表 由表及图８可知： Ｔａｂｌｅ ６ Ｐｒｉｍａｒｙ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ（ｃｉｎ・８ ） ①在不同工况条件下，０．５Ｄ净距、６０。交叉墙 工况 间距 交 主峰值次峰值 均值 增量 脚的峰值速度最大，但随着净距的增加，其减小速率 ％ 相较其它净距加快； １ ０．５Ｄ ０ ｌ３．８ ｌ３．６ ｌ３．７ ０ ４ ０．５Ｄ ３０ １４．５ １４．０ １４．３ ４． ②随着净距的增加，墙角处的差异逐渐减少， ７ Ｏ．５Ｄ ６０ ｌ５．４ １５．２ １５．５ ８． 逐渐趋于统一； １０ ０．５Ｄ ９０ １７．４ ｌ７．０ ｌ７．２ １１． ③大约在０。～３０。范围内，随着交叉角度的增 ２ ｌＤ ０ ９．２ ９．０ ９．１ ０ 加，两墙脚的速度峰值均有所增大；大约在３０。一 ５ １Ｄ ３０ ９．５ ９．４ ９．４ ３．６ ８ ｌＤ ６０ ｌＯ．２ ９．５ ９．９ ４．５ ６０。范围内，两墙角增长趋势不同，一侧墙脚继续增 １ｌ ｌＤ ９Ｏ １０．９ １０．１ １０．５ ６．６ 大，一侧墙脚减小。出现最大差值；大约在６０。一 ３ ２Ｄ ０ ３．７ ３．５ ３．６ ０ ９０。范围，爆破对墙角的影响较小； ６ ２Ｄ ３０ ３．９ ３．５ ３．７ ２．４ ④联系上节随着交叉角度影响增大的规律可 ９ ２Ｄ ６０ ４．２ ３．７ ４．０ ７．６ １２ ２Ｄ ９０ ４．４ ４．３ ４．４ ９．０ 知，在角度较小时，部分墙角速度增大来源于角度的 注：表中增长率以相同净距下０。拱底速度峰值为基准。 增加；但随着角度的增加，爆炸能量趋向于集中于一 ①交叉隧道净距相同条件下，随着交叉角度的 侧，遂出现一侧增大、另一侧减小，两者差值增大的 增加，拱底速度峰值有增大趋势； 情况；最终９０。交叉时，墙脚速度均值小于０。，说明 ②当净距较小或较大时，随着交叉角度增加， 能量释放更加集中于底部中心。 速度增长趋势较快（如０．５Ｄ净距时，交叉角由６０。 二、 变化到９０。，增长率为ｌｌ％）；当净距约为１Ｄ时，增 ｌ啊 ● 长较平缓，最大只有６％的增长率；总体来看，随着 皇 、 净距增大，增长率呈现先剧烈后趋缓再增强的趋势。 甍！！ ３．３ 既有隧道墙脚震动速度分布规律 遥 警 根据上文可知：除中心断面隧底是影响较大处 ０ｏ ３Ｏ。 ６０。 ９０。 位置 外，墙底的震动影响亦不可忽略，现提取各工况墙角 最大速度峰值，如表７所示。 图８墙脚特征点峰值速度分布 Ｆｉｇｕｒｅ ８ Ｐｌｉｎｔｈｓ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 表７墙脚震动速度表 Ｔａｂｌｅ ７ Ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｐｌｉｎｔｈｓ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ （×１０ Ｈｚ） ４ 交叉隧道间岩体震动响应规律 由上文可知：爆破开挖隧道与既有隧道之间的 岩体以爆心竖直方向上岩体震动影响最为剧烈，因 此选取工况１０一ｌ７中心岩柱，进行爆破震动影响分 析。其中工况ｌ２特征点选取及分布如表８，图９，图 １０所示，其余工况类似。 从表８和图９，图１０可以归纳出，交叉隧道爆 破震动地震波传播的规律如下： ①一般情况下，爆破地震波峰值经历先增大然 后迅速减小到一定程度后衰减趋缓的过程； ②爆破地震波传到既有隧道或其他构筑物之 前，会出现峰值回升，在交界处达到最大值； ③在近处的波峰，ＩＶ级围岩释放能量集中，震 动影响大于ＩＩＩ级围岩，最大峰值处增加了约１．５ 倍，且受净距和既有隧道影响小； 注：表中增长率以相同净距下Ｏ。墙脚速度峰值为基准。 ④在净距较小时，如０．５Ｄ～Ｉ Ｄ时，ＩＩＩ级围岩 第５期 张建军：铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究 ２３ 表８特征点速度峰值 二 ３５ Ｔａｂｌｅ ８ Ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ（ｏｍ・ｓ ） ｌ曲３０ 目２５ ２０ 趔５ 鹫０ ０ ｌ５０ ３００ ４００ ５００ 距离／ｅｍ （ａ）净距０．５Ｄ岩柱 ０ ２００ ３００ ５００ ６００ ７３０ ８４０ ９００ ９５０ 距离Ｉｃｍ ‘ （ｂ）净距ｌＤ岩柱 ．＝、３０ ２５ ｇ ２０ １５ 一 ｇ。一、毯馏 譬 —Ｔ 目。一、 潮靼萼＿ 柏 加 ｍ ５ ０ 簧１０ 如 ∞ ：２ ｍ ５ Ｏ ｊ磐５ 鐾０ 距离／ｃｍ （ｃ）净距２Ｄ岩柱 ｌ２０ ４２０ ７５０ ｌ ０８０ ｌ ３００ ｌ ５３０ 距离／ｃｍ （ｄ）只有施工隧道 图１Ｏ特征点峰值速度分布 Ｆｉｇｕｒｅ １０ Ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｐｅａｋ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 地震波传播受既有隧道结构影响较大，表现为从稳 定衰减区直到边界处影响均大于ＩＶ级围岩的现象， 注：①０．５Ｄ一１和Ｖｏｉｄ一１为净距０．５Ｄ条件下和只有开挖隧 道时ｌ号点．其余皆同；②距离为特征点距施工隧道拱顶距离；③增 随着净距的增大，如净距１Ｄ一２Ｄ处，边界对稳定衰 量为ＩＶ围岩较ＩＩＩ级围岩峰值速度增量。 减区的影响减弱，表现为ＩＶ级围岩影响大于ＩＩＩ级 围岩。 ５ 结论 ①爆破开挖对处于上方的既有隧道的影响，以 既有隧道拱底或拱底沿开挖方向侧某点（１ ｍ以内） 为圆心、半径为４ ｍ的区域为最为显著，所有工况最 大速度峰值出现在０．５Ｄ净距、９０。交叉条件下拱 （ａ）０．５Ｄ （ｂ）２Ｄ 图９特征点分布 底，其峰值为１７．４ ｃｍ／ｓ；除既有隧道中心断面拱底 Ｆｉｇｕｒｅ ９ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ 影响较大外，墙脚区域亦有较大影响，其它区域相比 公路工程 ３８卷 与前两者影响较小，属弱影响范围。 ②净距是上下交叉隧道最显著的影响因素，随 着净距的增大，爆破震动影响各指标均呈减小趋势； 当净距较小或较大时，随着交叉角度的增加，速度增 长趋势较快，如０．５Ｄ净距是，交叉角由６０。变化到 ９０。，增长率为１１％；当净距约为１Ｄ时，增长较平 缓，最大只有６％的增长率；总体来看，随着净距的 增大，增长率呈现先剧烈后趋缓再增强的趋势。 ③随着交叉角度的增加，拱底速度峰值呈增大 ［参考文献］ ［１］ 崔可佳．浅埋城市隧道爆破施工对地表及邻近既有隧道振动 影响的研究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２００８． ［２］龚伦．上下交叉隧道近接施工力学原理及对策研究［Ｄ］．成 都：西南交通大学，２００８． ［３］ 康立鹏，施成华，彭立敏，等．基于正交试验的立体交叉隧道 施工影响因素研究［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２０１２（４）：７Ｏ 一７４． ［４］ 石洪超，丁宁，张继春．爆破动力作用下小净距隧道围岩振 趋势，并且增长率逐渐加快，爆破震动开挖对拱底的 动效应分析［Ｊ］．爆破，２００８（１）：７４—７８． ［５］彭立敏，刘小兵．隧道工程［Ｍ］．长沙：中南大学出版社， 影响增大；隧道墙脚速度峰值呈现先增大后减小的 ２００９． 趋势；当隧道交叉角度约在３０。至６０。范围时，新建 ［６］ Ｗｅｎｂｏ，Ｙａｎｇ Ｊｉａｎｈｕａ，Ｃｈｅｎ Ｍｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｍｅｔｈ— 隧道对既有隧道墙脚区域影响必须着重考虑，其速 ｏｄ ｆｏｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ 度峰值大小接近隧底拱底的８０％一９０％。 Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ｔｈｅｏｒｙ，２０１１，１９（９）：１１—１７． ④爆破地震波在传到既有隧道或其他构筑物 ［７］Ｌｓｔｅ．Ｌｓ・ｄｙｎａ Ｋｅｙｗｏｒｄ ｕｓｅｒ’ｓ ｍａｎｕａｌ ｖｏｌｕｍｅ Ｉ［Ｍ］．Ｃａｌｉｆｏｒ— 之前，会出现峰值回升，在交界处达到最大值；在爆 ｎｉａ：Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００７． 破开挖隧道外围较小区域内（约３ ｍ），ＩＶ级围岩释 ［８］Ｌｓｔｃ．Ｌｓ—ｄｙｎａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ：Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００７． 放能量集中，震动影响大于ＩＩＩ级围岩。 ［９］时党勇，李裕春，张胜民．基于ＡＮＳＹＳ—ＬＳ—ＤＹＮＡ８．１进行显 ⑤围岩性质相对较好的情况下既有隧道对地 式动力分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５． 震波影响亦明显，表现为稳定衰减区在净距１Ｄ一 ［１０］ 钱七虎．岩土中的冲击爆炸效应［Ｍ］．北京：国防工业出版 ２Ｄ时存在临界点，在净距较小时，衰减稳定区仍受 社，２０１０． 既有隧道边界影响，导致ＩＩＩ级围岩地震波传播受既 ［１１］ Ｑｉｎｇｇｕｏ Ｌｉａｎｇ，Ｊｉｅ Ｌｉ，Ｄｅｗｕ Ｌｉ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｌａｓｔ—ｉｎ－ ｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｎｅｗ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎ－ 有隧道结构影响较大，但随着净距增大，衰减稳定区 ｉｃｓ ａｎｄ Ｒｏｃｋ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４６（１）：１９—３９． 不在既有隧道边界影响范围内时，ＩＶ级围岩影响大 ［１２］ 龚斌．公路隧道爆破振动数值模拟分析［Ｊ］．公路工程，３５ 于ＩｌＩ级围岩。 （６）：ｌ２３—１２６． （上接第３页） ［３］ 钟浩，基于Ｆｌａｅ３ｄ动态分析隧道开挖对边坡稳定性的影响 ［Ｊ］．公路工程，２０１０（４）：８７—９１． ３ 结论 ［４］ 赵明华，刘建华，杨明辉．倾斜荷载下高陡边坡桥梁基桩内力 计［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（１１）；２３５ｌ一２３５８． ①当隧底存在岩溶时，隧道开挖引起隧道的变 ［５］ 刘建华，赵明华，段少华．条形桩基承台梁随机优化分析［Ｊ］． 位较无岩溶存在时，大得多。岩溶直径越大或岩溶 湖南大学学报，２００５，３２（６）：Ｉ５一ｌ９． 离隧道距离越小时，影响越为明显； ［６］ 郑少河．裂隙岩体渗流场一损伤场耦合理论研究及工程应用 ②隧道开挖时，一定要注意隧道岩溶的影响。 ［Ｄ］．武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，２０００，６． 为了减小和消除岩溶的不利影响，应该事先做好超 ［７］ 周维垣，杨延毅．节理岩体力学参数取值研究［Ｊ］．岩土工程 学报，１９９２，１４（５）：１一ｌｌ２． 前地质预报工作，如借助ＴＳＰ及地质雷达、超前地 ［８］Ｐａｔｔｏｎ Ｆ Ｄ．Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｒｏｃｋ．Ｐｒｏｃ Ｉ 质钻等手段，揭示岩溶的大小和部位，分析岩溶的潜 Ｃｏｎｇ．ＩＳＲＭ．Ｌｉｓｂｏｎ，１９６６，ｌ：５０９． 在影响，采取合理的工程措施，确保岩溶隧道施工和 ［９］Ｌａｄａｎｙｉ Ｂ，Ａｒｃｈａｍｂａｕｈ Ｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆ ａ 运营安全。 ｊｏｉｎｔｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ．Ｐｒｏｃ．１ １ Ｓｙｍｐ．Ｏｎ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈ（ＡＩＭＥ）， １９７０，１０５． ［参考文献】 ［１０］ 邱猛，曾艳剑，曹卫文．广砚高速公路ｋ１９８段高边坡变形 机制分析及处治措施［Ｊ］．公路工程，２０１０（４）：ｌ１２—１１５． 王木群．岩溶对隧道工程的影响及岩溶处治技术研究［Ｄ］．长 ［Ｉ１］ 曹勇．隧道拱顶溶洞处治及溶洞对隧道围岩稳定性影响分 沙：中南大学，２０１１．０５：１２—３３． ［２］ 傅鹤林，赵朝阳．隧道安全施工技术手册［Ｍ］．人民交通出版 析［Ｊ］．湖南交通科技，２０１２，３８（２）：１１ｌ—ｌＪ４． 社，２０１０。１２：６６—７７．
