小净距隧道隧道振动数值模拟

小净距隧道爆破施工振速规律探究1 引言随着高速公路的发展，双洞隧道在选择线路时受到地质条件限制，致使两相邻隧道无法保证最小净距的要求，因此小净距隧道应运而生。

由于围岩的性质一般不均一，故在隧道施工中很难选用隧道全断面掘进机TBM（Tunnel boring machine）或者盾构法，而较多采用钻爆法施工。

在隧道爆破开挖的过程中，爆破产生的地震波对相邻隧道施工相互影响的问题越来越严重，当振动波速度幅值较大时可能对小净距隧道先行洞围岩造成一定破坏，影响隧道的安全施工。

因此对小净距隧道爆破施工过程中，隧洞不同位置爆破振动速度规律的探究是隧道施工中一个重要研究课题。

截至目前，已有许多学者对隧道爆破进行了研究。

王明年［1］等应用现场监测和数值分析两种方法对开挖爆破产生的地震波对既有隧道衬砌结构的安全和稳定进行了分析研究。

赵东平［2］等以小净距交叉隧道为例，发现当新建隧道在距离隧道交叉点10 m以外位置以全断面法爆破施工时，下方既有公路隧道仅受到较小的影响；当其在距离交叉点10 m以内位置以全断面法爆破施工时，既有公路隧道二次衬砌振动速度超标，而采用台阶法爆破施工时，新建隧道可安全通过。

龚建伍［3］等以福州国际机场高速公路鹤上三车道小净距隧道为依托工程，通过监测岩柱振动速度大小，研究爆破振动速度分布规律。

申玉生［4］等结合襄胡二线新刘家沟隧道实际工程，通过对既有花果山隧道的四次爆破振动测试分析及一次爆破验证，说明爆破振动的参数设计是合理的，质点的振动速度能够客观反映现场的地质状况和衰减规律，新建隧道施工爆破对爆心距最小的左边墙影响最大。

蔚立元［5］等通过数值模拟得出爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15 m之内的结论；施工洞和服务洞的围岩振动影响较大，且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方，在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作。

罗忆［6］对爆破地震波作用下岩体中波的传播问题和边坡动力响应问题的不同破坏机理加以区分，在爆破振动安全判据中对振动频率和持续时间的影响加以考虑。

小净距隧道爆破振动影响分析及工程应用研究摘要：小净距隧道是隧道和地下工程项目是一种在环境较为复杂的条件下进行施工的新型的隧道建筑模式，由于其是一种新技术，所以目前从设计到施工方法都不是很完善，还有许多的问题需要慢慢的进行研究和改善。

特别是采用爆破方法时，爆破震动的双洞会相互影响。

不管是影响第一个孔爆破洞对后面洞爆破施工的影响，还是第一次启动孔爆破同时得相互影响，如爆破振动控制不当，围岩和衬砌可能会受到一定的损害，导致安全隐患，危及建设和运营的安全。

研究小净距隧道爆破振动的主要问题是爆破荷载的量化问题，可以说目前对于这方面的研究方法和实践经验虽然是相对较多的，但是小净距隧道爆破振动具有一定的复杂性和瞬时性，所以对隧道爆破时间曲线的测定和计算爆破振动效应还有待进一步深入研究。

关键词：小净距隧道；爆破振动影响；分析；工程应用；研究1 前言随着我国经济的不断发展和城市化进程的加快，现有的道路交通远远不能满足日益增长的交通需求。

随着全国各城市交通的不断完善和交通网络需求的不断提高，交通网络建设的需求也在迅速增加，以满足城市之间的沟通。

在隧道施工过程中不可避免地会出现山体滑坡，尤其是在我国西南、西北部分山区，以及在山区隧道的施工，是作为交通线路不可缺少的重要组成部分。

在我国公路隧道建设初期，由于隧道数量相对较少，而且经济状况也不是很好，更重要的是我们还缺乏完善的隧道施工技术。

现在随着交通量的增加，中国隧道工程逐年增加。

与早期隧道施工相比，现代隧道掘进的选择越来越受到土地、环境等各种条件的制约。

特别是现代城市的各种管道、道路和其他建筑都很复杂。

为了考虑到邻近建筑的影响，线路规划变得越来越难。

因此，为了适应这种情况的需要，新隧道与隧道之间的距离往往越来越小，从而产生了新的隧道结构形式：小净距隧道。

由于其独特的优势和适应性，小净距隧道在高等级公路隧道施工中越来越受隧道设计者的欢迎。

2 小净距隧道爆破振动影响分析小净距隧道是一种新型的隧道结构，小净距隧道受到地形条件的影响不是很大，以及整体电路线路的影响，和拱隧道施工相比较，其工艺简单、容易进行防水处理，容易控制成本，使用的工程实例也越来越多。

浅埋傍山小净距隧道先行洞数值模拟分析摘要：为解决浅埋傍山隧道中小净距隧道在施工中先行洞的确定问题，采用有限元方法建立数值模型的手段，对数值模型中对地表位移、隧道洞周围岩位移、塑性区的发展以及围岩主应力进行对比分析，数值结果表明：选择深埋侧作为先行洞能够有效减少对围岩以及地表边坡的扰动程度和次数，并且使边坡和洞周围岩水平位移更小，对减少滑坡等有促进作用；先开挖深埋侧塑性区的发展范围更小，有利于围岩受力。

关键词：小净距隧道；偏压；有限元；位移；应力由于傍山隧道不可避免的存在偏压问题，再者由于浅埋隧道所处环境的地势、地质复杂多变，施工方法、施工顺序的选择不当，很容易对围岩的稳定性产生不必要的损害，造成滑坡、坍塌、侵害净空等，小净距隧道后行洞的施工会又对先行洞产生很大的影响[1]，造成后行洞初始地应力的改变[2,3]，加之当前研究对于衬砌结构与周边围岩的相互作用机理还存在局限性[4]，所以在傍山小净距隧道中合理的选择先行洞对围岩的稳定、支护的优化、施工的安全有重大意义。

1数值模拟1.1 有限元模型建立与参数采用Midas GTS有限元分析软件进行计算，建立二维模型，计算模型尺寸如图1所示，即：112.59m×（47.93～111.99）m，该傍山隧道偏压角度为30°，模型左右边界受到水平的位移约束，底边边界受到水平和竖向的位移约束，有限元分析本构模型为弹塑性，采用Mohr-Coulomb屈服准则。

图1二维有限元数值分析模型该算例隧道设计标准为二级公路两车道隧道，设计时速为80km/h，开挖宽度为12.24m，两洞之间的间距为12m，约为1倍洞径大小，系统锚杆环向间距为1m，长度为4m，喷射混凝土厚为25cm，隧道衬砌断面如图2所示。

2 数值模拟结果分析2.1 地表位移分析地表位移的大小可以反映出选择不同的先行洞时对地表边坡的扰动程度和扰动次数，地表的位移分析同时反映出洞顶围岩的位移发展。

复杂地质条件小净距短隧道现场监测分析及数值模拟研究的开题报告一、研究背景和意义隧道工程是一项复杂的工程，其建设需要克服不同地质条件带来的挑战。

在复杂地质条件下，隧道的设计、施工和监测都需要得到更为严密的处理，以确保其安全可靠。

在现代隧道建设中，为提高工程安全性、保障车辆通行安全，普遍采用小净距单洞隧道设计。

而小净距隧道由于其横截面尺寸小、地应力集中、支护尺寸小、土质条件差等原因，施工难度和风险较大。

因此，在复杂地质条件下小净距隧道的建设中，开展现场监测和数值模拟研究十分重要，其可以为隧道建设提供科学、准确的技术支撑，为工程提供安全、可靠的保证。

因此，本研究拟就复杂地质条件下小净距短隧道的现场监测分析及数值模拟研究开展探索性研究。

二、研究内容和目标1.对复杂地质条件下小净距隧道施工过程中的监测进行系统分析，并提出相应的处理措施。

2.通过数值模拟方法，对小净距隧道施工过程中的地应力和位移进行有限元分析，为隧道设计提供科学的依据。

3.通过对比实测监测数据和数值分析结果的差异，分析分析其原因，并提出相应的改进措施，为该极具挑战的工程提供更好的技术支持。

三、研究方法1.采用实测监测的方法，对小净距隧道施工过程中的地震、地表沉降、超前地应力等进行监测，并对数据进行系统的分析。

2.采用有限元方法，通过数值模拟对小净距隧道施工过程中的地应力、变形进行模拟分析，包括土体刚度模型、初始应力设计、采用“分步法”和“渐进挖掘法”进行挖掘施工。

3.综合实测数据和数值分析结果，分析两种不同方法得到的结果之间的差异，并提出合理的处理和改进措施。

四、预期成果和研究价值本研究将通过对复杂地质条件下小净距短隧道现场监测分析及数值模拟的研究，提出一系列可行的针对小净距隧道的施工监测和设计优化建议，为类似工程提供有益的参考。

同时，对于研究小净距隧道安全施工、优化设计、提高车辆运行安全等方面都具有一定的理论指导意义。

小间距平行隧道爆破震动加速度测试l999年12月:生权等⑦小间距平行隧道爆破震动加速度测试阳生权中南工业大学0083)长沙铁道学院(长沙,410075)1)～,'V[摘要]文章针对某一小问距平行隧道开挖工程,通过现心测试手段,攫I试了麓工隧道爆破施工对与之平行的原有隧道周边爆破地震加速度情况,获得了走量加速度数据,为以后的小间距平行隧道的开挖施工提供了宝贵资料.[关键词]七里兰堑壁童墨壁楚蕉蓝崖f逐逦,溶, GroundVibrationAcceJeration1st intheBlastingofaSmallSpacingParallelTunnelY aagShertgquartZhongnanUniversityofIndustries(Chartgshat410083)UuBaochenChangshaRailwaylnstitute(Changsha,410075)[ABSTRACT]Inanexcavatingprojectofasmallspacingparalleltunnel,theground~,ibratlo n accelerationdataoftheexistedtunnelwhichisparalleltothatbeingconstructedweretestedby moderntestingmean:sandthesedatathusobtainedareofvaluableintheexcavationofsmallsp ac—ingparalleltunnelafterwords.[KEYWORDS]smallspacingparalleltup,neltgroundvibrationacceleration某公路隧道二期工程系大型公路隧道工程,原有膳道与施工隧道中心线间距为Z4.5 m,小于国家有关规定的尺寸,施工隧道位于试测^_度速,7..震破一爆..*B隧)行6,平C小,厶^n2爆破器材ExplosiveMaterials第28卷第6期yD—l加速度传感器阻抗匹配器GZ-2地震ML8IB采集仪图1加速度采集分析系统示意图原有隧道的南侧,并与原有隧道平行,其净径5.Om,全长约2000m.在隧道施工过程中,在对原有隧道围岩和顶板(通风道吊顶薄板) 进行爆破震动速度和应力测试的同时,也进行了震动加速度的监测和测试工作".'.测试工作共进行了24次爆破震动加速度测试,实测128台次,有效台次为109台次,施工围岩包括Ⅱ类,N类和v类3种岩类别,爆破施工方法有半断面爆破,上下台阶爆破和全断面爆破3种,其中半断面爆破9次,上下台阶爆破7次,全断面爆破8次.2测试仪器和剥试方法在该工程震动加速度监测中,我们选取了图l所示加速度采集分析系统.考虑测点布置方案时,为了与同时进行的速度和应力测试对应起来,测点布置断面往往选择在爆破施工断面或其前后25m内的断面,在同一断面上测点布置在原有隧道南蜊墙体上部(简祢墙上),墙体中部(简称墙中),墙体下部(简祢墙下)及顶板南侧中部(通风道吊顶靠近施工隧道一侧中部),每个测点布置径向和切向两个方向的传感器.同时,为了进行比较,有时也在原有隧道北侧墙体(墙上,墙中, 墙下)上布置测点,测点布置情况见图2.3测试结果及其分析采用半断面爆破施工时,原有隧道所测试径向加速度峰值为9.34m?s～7O.O2m?s一,切向加速度峰值为8.740m?s～打印机或磁盘记录J圣I2测点布置示意图1～6为加速度测点市置位置;1一测点径向;2一测点切向65.100m?s,主振频率为11】Hz～689Hz;采用上下台阶同时爆破施工时,原有隧道所测径向加速度峰值为4.90m?s～32.78m?s_.,切向加速度峰值为1O.65rtl?s～88.20m?s,主振频率为91Hz～526Hz;采用全断面爆破施工时,径向加速度峰值为31_76m?s～122.10m?s,切向加速度峰值为23.450m?s～l64.500m?s一,主振频率为156Hz～769Hz.上下台阶爆破与全断面爆破开挖都增加了一次爆破开挖断面,相对半台阶而言,减小了爆破夹制作用.加之,在上下台阶爆破开挖中上台阶和下台阶之间有25riis ～50ms的延时时差,减少了爆破震动波形叠加的可能性.因此在总的趋势上,上下台阶爆破震动所产生的加速度峰值要比半断面爆破和垒断面爆破震动所产生的加速度小一些.另外,全断面爆破的总药量和最大一段药t.'.J'L-l-…t111'1r…t(a)l999年12月小间距平行隧道爆破震动加速度测试用生权等LLh..'I.I._Jrwr…T''T(b)图3不同施工方法的典型加建度波形图(a)全断面爆破施工方法;(b)上下台阶爆破施工方法;(c)半断面爆破施工方法量都要比半台阶爆破所对应的药量大,全断面爆破震动所产生的加速度峰值也比半台阶爆破震动所产生的加速度峰值大.而三者所产生的震动加速度主振频率基本上在同～数值范围.表1上,下台阶同时爆破震动加速度图3为3种不同爆破施工方法测得的典表2半断面爆破震动加速度爆破器材ExplosiveMaterials第28卷第6期表3垒断面爆破震动加速度数据型加速度波形图.表1～表3所列为3种不同施工方式加速度监测结果的典型数据.4结论(1)最大加速度断面在爆破施工断面,这与速度监测结果一致.同一断面加速度峰值总的为势是,顶板加速度峰值要高于墙面加速度峰值,而且顶板加速度的主振频率高于墙面加速度的主振频率,这跟墙体与围岩接触较实以及墙体较厚而顶板较薄有关. (2)通过原有隧道南,北两侧墙体上的加速度监测结果比较,南侧墙体上的加速度峰值明显大于北侧墙体上的加速度峰值,在数量上两者相差2倍～8倍.这进一步说明,施工隧道爆破开挖对原有隧道所产生的震动影响主要是在隧道的南半部分墙体及围岩. (3)上下台阶爆破施工时,总的趋势是所产生的加速度幅值最低,并且其主振频率也最低;其次是全断面爆破施工;再次便是半断面爆破施工.从安全角度上讲,如果加速度峰值作为安全判据,那么在该工程隧道爆破施工中上下台阶爆破施工是一种最值得推荐的爆破施工方法,其次才是全断面爆破施工方法.(4)I一点的径向和切向加速度峰值进行比较可知,墙中加速度峰值径向大于切向的情况占68.2;顶板加速度峰值切向大于径向的情况占77.8.墙中径向和顶板切向均为水平疗向,因此,可以认为水平方向加速度峰值大于垂直方向加速度峰值,在进行加速度安全监测时应重点考虑水平方向加速度对结构可能造成的影响.(5)测试所得的波形资料表明,大部分波形的情况是:半断面爆破施工时同一条波形中各段波峰很明显,表明未产生波形叠加的现象;而上下台阶爆破施工和全断面爆破施工时,同一条波形中前一个波的波尾与后一个渡的波头相连,很可能产生了波形叠加现象.因此,如果条件允许,还可进一步增大毫秒延期导爆管段与段之间的延时时差,尽量避免波形叠加现象,以便降低爆破地震效应,同时爆破嫂果也能随之改善.参加该工程测试工作的还有高晓初,吴从师,周兰举等同志.在此,对他们的协助和支持表示感谢.参考文献1G.A.蛙林格.爆炸振动分析.北京:科学出版杜, 19752应怀樵.振动测试和分析.北京:中国铁道出板社,198l3棘桢样.地下工程试验和测试技术.北京:中国铁道出板杜,19844孙钧,候学滞.地下结构.北京:科学出版社,1988。

小净距隧道合理净距的数值模拟研究摘要：他们运用二维弹塑性数值计算方法，模拟了Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级围岩在30m埋深和不同净距（2～8m）隧道的施工过程，研究了毛洞及不同加固支护状态下的地中位移、洞周位移增量、围岩压力随净距的变化规律。

研究结果表明：现行规范对小净距隧道净距的界定相对保守，且划分较单一，所谓小净距隧道的“合理”净距应综合考虑工法、支护参数、加固措施等多种因素，在保证隧道开挖安全和经济等因素下的动态值，即是一个动态的范围值。

关键词：小净距隧道；合理净距；模型试验；数值计算STUDY ON "REASONABLE" SPACING BETWEEN THE NEIGHBORHOOD TUNNELS BY NUMERICAL SIMULATIONTAN Kun1，YANG Qixin2，YANG Longwei3（1.Changsha County Highway Quality Supervision and Testing Station，Hunan，Changsha410100，China 2.School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 610031，China；3. China Railway No.2 Group Co.LTD） Abstract：They simulated the excavation process of tunnels with different spacing in Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ rock、30m depth by numerical simulation. It studied the regular changing pattern of displacement in surrounding rock、incremental displacement around the tunnel、pressure in surrounding rock，with or without reinforcement support system，as the spacing distance changed. The results show that the existing norms have a relatively conservative and sole definition to the distance between the neighborhood tunnels. The so called "reasonable" spacing between the neighborhood tunnels should take construction method、support parameters、reinforcement measures，etc，into consideration. In the promise of excavation safety and economical cost，it should be a dynamic value，that is，a dynamic range of value.Key words：tunnels with small spacing；reasonable spacing；numerical simulation1.引言现行《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）在术语解释部分，定义“小净距隧道指上下行双洞洞壁净距较小，不能按独立双洞考虑的隧道结构”。