重庆市轨道3号线工贸暗挖车站减振支护技术研究

摘要：近年来，地下工程正在城市里面的兴建，地下建筑对临近建筑的影响越来越常见。减少施工过程中的爆破振动成为国内外研究的热点问题。又由于对爆破破岩机理的理论认识仍然亟待解决和完善，所以增加了爆破振动研究的困难。本文以重庆市轨道交通3号线工贸暗挖车站为依托，利用ANSYS有限元软件可以在开挖前对其进行数值模拟，研究减震孔对降低爆破振动的作用。

关键词：轻轨车站；减震孔；大直径水平掏槽；地表振动速度；数值分析

中图分类号：U239.3 文献标志码： 文章编号：

1、前言

近年来，地下工程正在城市里面的兴建，地下建筑对临近建筑的影响越来越常见。随着政府部门的关注和公民环保意识的增强，减少施工过程中的爆破振动成为国内外研究的热点问题。又由于对爆破破岩机理的理论认识仍然亟待解决和完善，所以增加了爆破振动研究的困难。本文以重庆市轨道交通3号线工贸暗挖车站为依托，研究减震孔对降低爆破振动的作用。

2、工程概况

本站位于重庆市南岸区工贸大楼主楼（砼22F/－1F）的南侧，在工贸大楼裙房楼（砼2F）之下，车站主体结构暗挖段为拱形隧道结构。车站的北侧是海铜公路、国际会展中心，东侧为南坪北路，西南侧接上海城。本站暗挖段设计起止里程SK5+684.639～SK5+808.589，车站暗挖段总长123.95m。设计为该里程范围内车站暗挖主体结构工程。车站暗挖段（SK5+684.639～SK5+808.589）采用新奥法施工，主体结构采用复合式衬砌结构，曲墙拱形断面型式，等截面封闭衬砌。洞内结构采用框架结构，框架与衬砌结构的连接采用刚性连接。

图2.1开挖典型断面

接下来把上图（图2.1）中左上角开挖断面（“1”部分）选为典型计算断面运用大型有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行模拟分析和比较。

3、建立ANSYS模型

本站周边眼炮眼布置采用经验公式和工程类比法确定，采用隔孔装药[23]。炮眼间距E=100cm，炮眼直径d=40mm，抵抗线W=100cm，炮眼布置和参数值见表4.1。

目前，爆破对岩体损伤作用研究成果中，许多研究把掏槽炮孔爆破对岩体的破坏作用当成主要作用，而没有考虑到辅助炮孔和周边孔爆破对岩体的破坏作用。为了能更实际的体现岩体的损伤过程，本文将考虑到辅助炮孔和周边孔爆破时对岩体的破坏作用。

表4.1炮眼布置和参数值

本次模型计算取岩土计算范围150m×66m×6m，由于岩体实际边界情况是无限边界，而计算模型取的是无限岩体的一部分，在模型中需对边界人为处理。为了消除人工边界处的反射波对结构动力响应的影响，计算过程中除了顶面没有设置约束外，其余五个面设定为无反射边界条什。有限元模型单元采用六面体单元，围岩单元类型均采用solldl64单元。模型计算总装药量40kg,开挖起爆顺序为掏槽孔—辅助孔—周边孔。

图4.3计算模型网格

从图4.15~图4.18可得出工贸车站开挖爆破时，地表面水平方向不同节点的X方向最大振动速度为0.07cm/s,Y方向最大振动速度为0.1cm/s,Z方向最大振动速度为0.12cm/s,最大合振动速度为0.12cm/s。从上数据得出，沿着地表面水平方向不同节点的远离起爆点，振动速度减小。

4、计算结果分析

本次模拟总装药量40kg,光面爆破开挖起爆顺序为掏槽孔—辅助孔—周边孔。在现有的装药量情况下，由于起爆点与地表距离18m，计算所得震动影响较小。

①地表面接触处最大振动速度为0.12cm/s，随着与起爆点的距离越远爆破振动速度不断减小。根据《爆破安全规程》，爆破对周边建筑物的震动安全允许标准不得大于2.5cm/s，本次计算结果最大振动速度小于安全允许标准。

②地表正上方的合振速度峰值为0.12cm/s，而隧道拱顶的合振速度峰值为0.48cm/s，前者仅为后者的1/4。由于地震动效应在不断地衰减，距离起爆点越远，爆破振速越小。尤其在竖直方向上几乎每隔一段距离峰值会成倍减小，即地表的振动峰值远小于岩体中起爆点附近的振动峰值。

③爆破影响区地表各点振速大小、衰减波形基本一致，起爆点正上方的振动速度基本能代表该地区地表的振动情况。

④10ms以前的爆破振速峰值大，下降快，在此以后的爆破振速峰值小，衰减慢。具体来讲，前15ms振速峰值减小了3倍左右，0ms~5ms的斜率接近90度，峰值迅速增大，此后峰值开始减小。5ms~10ms的斜率约为60度，10ms~20ms斜率为0，峰值基本不变，此后的斜率略大于0度，振速峰值在0.02cm/s以下并且缓慢减小，40ms以后波形明显变疏。

⑤与普通光面爆破各个时间段的振动峰值作比较，会发现受地震动效应影响较大的时间段缩短了大概5ms（从10ms减小至5ms）。并且最大振动峰值减小了2~3倍。

5、结语

随着城市人口密度不断地增加和人们对开发地下空间愿望的不断增强，必须合理地利用城市地下空间。在城市轨道交通系统建设过程中，地铁与轻轨以及地下车站穿越城市商业区高层建筑物情况越来越多，因此必须考虑地下车站爆破施工造成的地震动问题。本文通过研究减震孔爆破技术主要得到了以下结论：①减震孔爆破技术很好的控制了爆破振速，满足规范要求，保证了地表建筑物的安全。②减震孔爆破技术方便了断裂面的产生。相同装药量下，减震孔爆破地表面接触处最大振动速度为0.12cm/s，同时该技术还缩短了地震动效应强烈作用的时间（从15ms到10ms），减小了开挖过程对围岩的扰动，为锚喷支护赢得了更长的时间，提高了爆破的质量。

综上所述，减震孔爆破技术至少有以下几方面的优势：①进一步减小了开挖过程对围岩的扰动，暂时稳固了围岩，方面后续锚喷支护工作。②提高了光面爆破的质量，例如提高了眼痕率，减少了超挖量等。

参考文献：

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