既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准

郭新新 刘锦超 汪波 喻炜 王振宇 李浩彬

郭新新, 刘锦超, 汪波, 喻炜, 王振宇, 李浩彬. 既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(11): 115201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0315
引用本文: 郭新新, 刘锦超, 汪波, 喻炜, 王振宇, 李浩彬. 既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(11): 115201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0315
GUO Xinxin, LIU Jinchao, WANG Bo, YU Wei, WANG Zhenyu, LI Haobin. Safety control standard of blasting vibration for tunnels with existing cracks and cavities[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(11): 115201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0315
Citation: GUO Xinxin, LIU Jinchao, WANG Bo, YU Wei, WANG Zhenyu, LI Haobin. Safety control standard of blasting vibration for tunnels with existing cracks and cavities[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(11): 115201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0315

既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准

doi: 10.11883/bzycj-2019-0315
基金项目: 国家自然科学基金(51878571,51578456)
详细信息
    作者简介:

    郭新新(1990- ),男,博士研究生,zj_gxinxin@163.com

    通讯作者:

    汪 波(1975- ),男,博士,教授,ahbowang@163.com

  • 中图分类号: O383.2; U451

Safety control standard of blasting vibration for tunnels with existing cracks and cavities

  • 摘要: 爆破荷载作用下,既有隧道衬砌的振动安全振速控制标准制定,大多以既有隧道完好为前提条件,不考虑病害因子对结构动力响应的影响,与实际不相符。为此,以既有新岭隧道旁拟建新隧道为工程背景,基于既有隧道衬砌裂缝和背后空洞的实际分布特征与规律,建立带裂缝与空洞的二维、三维结构模型,分析裂缝、空洞对衬砌动力响应的影响,提出以振速为指标的标准管理体系。结果表明:裂缝的最不利分布位置为迎爆侧边墙处,裂缝的存在增强了既有衬砌对S1应力(拉应力)的响应,振速控制标准的制定应以S1应力和裂缝径向深度为控制指标;当裂缝径向深度为(0~1/8)h、(1/8~1/2)h和>(1/2)hh为衬砌厚度)时,控制标准分别为12、10和8 cm/s。空洞的最不利分布位置为拱顶,空洞的存在增强了既有衬砌对S1应力和振速的双重响应,以增强振速响应为主,振速控制标准的制定应以振速、空洞面积及纵向长度为控制指标,空洞工况下,控制标准为12 cm/s;空洞沿隧道纵向长度小于7 m时,监控范围为3~4倍纵长;空洞沿隧道纵向长度大于7 m时,监控范围为1~1.5倍纵长;纵向长度小时,倍数取大值。
  • 图  1  新老隧道间距

    Figure  1.  Distances between new and old tunnels

    图  2  裂缝、空洞沿纵向分布

    Figure  2.  Longitudinal distribution of cracks and cavities

    图  3  裂缝、空洞沿横向分布

    Figure  3.  Transverse distribution of cracks and cavities

    图  4  空洞特征(深度、环向、纵向)

    Figure  4.  Cavity characteristics (depth, circumferential, longitudinal)

    图  5  裂缝特征(宽度、深度)

    Figure  5.  Fracture characteristics (width, depth)

    图  6  计算模型

    Figure  6.  Computing models

    图  7  空洞与裂缝模型

    Figure  7.  Cavity and crack models

    图  8  Ⅲ级围岩掏槽眼布置

    Figure  8.  Layout of cut holes for class Ⅲ surrounding rock

    图  9  爆破荷载曲线

    Figure  9.  Blasting load curve

    图  10  工况K2-1下vxvy振速极值和S1应力极值的分布

    Figure  10.  Distributions of vx, vy and S1 extremum under K2-1 working condition

    图  11  工况K3-1下vxvy振速极值和S1应力极值的分布

    Figure  11.  Distributions of vx, vy and S1 extremum under K3-1 working condition

    图  12  断面vmaxS1,maxn的关系曲线

    Figure  12.  Relationship curves of vmax, S1,max and n

    图  13  断面S1,maxvmax的关系曲线

    Figure  13.  Relationship curves of vmax and S1,max

    图  14  断面S1,max和增幅与裂缝深度的关系曲线

    Figure  14.  Relationship curves between S1,max, increase of S1,max and fracture depth

    图  15  vmax和增幅与空洞平面面积的关系曲线

    Figure  15.  Relationship curves between vmax,increase of vmax and plane area of cavity

    图  16  影响范围、放大倍数与空洞纵向长度的关系曲线

    Figure  16.  Relationship curves between influence range, magnification and longitudinal length of cavity

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material parameters

    材料$ {E}_{\rm{d}} $/GPa$ {\mu }_{\rm{d}} $γ/(kg·m−3)c/kPaφ/(°)
    中风化粉砂岩(Ⅲ级)140.252 30070039
    二次衬砌500.202 500
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    表  2  计算工况详述

    Table  2.   Detailed simulation conditions

    工况编号病害说明
    K1K1-1二维平面模型
    K1-2三维平面模型
    K2K2-1裂缝计算拱顶、拱腰(1/4)h深度、右边墙(1/4)h深度、右边墙(3/4)h深度的裂缝
    K2-2(最不利)裂缝计算pm0, 2 pm0, 3 pm0, ···, n pm0时的振动响应
    K3K3-1空洞计算拱顶大空洞、拱顶小空洞、左拱腰小空洞、右拱腰小空洞
    K3-2(最不利)空洞计算pm0, 2 pm0, 3 pm0, ···, n pm0时的振动响应
    K3-3空洞三维模型,计算纵向长度影响
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    表  3  裂缝管理等级

    Table  3.   Crack classification

    裂缝管理等级裂缝深度控制标准/(cm·s−1)
    (0~1/8)h12
    (1/8~1/2)h10
    >(1/2)h 8
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    表  4  空洞管理等级

    Table  4.   Cavity size classification

    空洞管理等级空洞平面面积/ m2监控范围控制标准/(cm·s−1)
    <5空洞中心线为测线;纵向长度<7 m,3~4倍纵长;
    纵向长度>7 m,1.0~1.5倍纵长;
    纵向长度小,倍数取大值
    12
    5~15
    >15
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-16
  • 修回日期:  2020-07-28
  • 刊出日期:  2020-11-05

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