1.
四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041
摘要: 随着我国隧道建设的飞速发展，在矿山法隧道施工过程中，不可避免的会遇到近接既有构筑物的情况，本文采用数值模拟的方法，依托国内某矿山法隧道，对矿山法施工过程中产生的爆破振动对既有铁塔的影响进行评价分析，通过分析得出本项目爆破对高压铁塔的影响控制在安全范围之内，同时基于计算结果提出对铁塔基础设置加固框架梁，提高铁塔基础的整体性，能够降低沉降带来的不利影响。研究结果以期对国内同类工程提供借鉴。 关键词: 矿山法隧道；施工效应；爆破；近接影响；
摘要
隧道在开挖时，将不可避免的引起地层的扰动，地层的扰动将会造成隧道周围围岩的应力场发生改变，进而导致地表沉降的发生[1] [2]。地表沉降又会以一定的形式作用到地表构筑物的
基础上，由基础再传递给上部建筑结构，从而引起上部结构发生变形、扭曲、倾斜甚至倒塌，或者引起上部结构的内力发生改变，内力的改变可能造成结构的局部破坏或者整体破坏。如何保证隧道施工期间近接结构物的安全稳定性，是施工的难点[3] [4]。本工点隧道线路所在地左上侧和右下侧各有高压铁塔1座，且与隧道距离较小，同时隧道埋深较小，由现场所提供地形平面图可以看出：线路前进方向右侧洞口处铁塔距隧道约30m，而线路前进方向左侧铁塔距隧道垂直距离仅约35m。由此可知，该项目属于近接施工，且既有构筑物与待建隧道距离极近，同时本隧道采用矿山法施工，施工工程中的爆破冲击荷载对既有铁塔的影响不可忽视，主要表现为引起高压铁塔基础的不均匀沉降问题，并导致铁塔的倾斜，使铁塔的正常使用甚至结构受到影响。因此有必要开展相应的数值计算分析对铁塔沉降进行预测，在正常施工的前提下保证既有铁塔的安全稳定。
1.
计算模型建立
考虑到矿山法施工过程中产生的爆破振动容易对建（构）筑物产生不良的影响，因此建立模型对该问题进行模拟分析与计算，该模型采用Ansys有限元分析软件进行分析计算。本
次计算采用FLAC3D有限差分软件建立三维精细化模型进行模拟，模型具体尺寸根据地行平面图进行选取。计算时，取隧道纵向方向为Y轴，水平面内垂直隧道轴线方向为X轴，竖直向上为Z轴。计算模型水平方向（x向）长度为220m，纵向（y向）长度为100m，竖向（z向）为100m，隧道断面按照设计图纸连拱隧道标准横断面进行计算，铁塔尺寸按照设计通用图纸选取。隧道围岩采用六面体单元，选择摩尔库伦模型进行模拟，初期支护采用壳体单元进行模拟；二次衬砌采用弹性模型进行模拟，考虑为实体；铁塔采用杆单元进行模拟，计算中对铁塔仅考虑其自重。最终模型建立如下图所示。
爆破计算三维模型
根据本次计算分析的重点，为了监测高压铁塔的基础沉降以进行分析，分别对高压铁塔4个塔基分别建立监测点，对整个开挖过程的塔基沉降值进行监测。监测点布置如图所示
塔基沉降监测点布置示意图
1.
爆破冲击荷载确定
数值仿真分析时爆破的模拟是采用在新建隧洞上施加爆破冲击荷载来实现的，其大小及位置由爆破设计资料中掏槽孔等位置综合考虑而得。
本文在对爆破峰值荷载进行确定时选取以较为常见且适宜的爆破荷载峰值计算方法，如下所示：
确定爆轰压力
耦合装药条件下如式（3-3-1）所示：
（3-3-1）
不耦合装药条件下如式（3-3-2）所示：
（3-3-2）
式中：ρ0—密度，kg/ ；
D0—爆速，m/s；
db—药卷直径，m；
全球化战略dc—炮眼直径，m。
交换空间2011
确定初始波峰压力
单个炮孔作用在炮孔壁上的初始波峰压力根据式（3-3-3）计算
（3-3-3）
式中，Pr一岩体中冲击波的初始波峰压力，Pa；
ρtmisr—岩石的密度，kg/m3；
Cer一岩体中纵波波速，m/s。
上式表明：同种在不同岩石中爆炸，作用在炮眼壁上的峰值压力是不同的。岩石的波阻抗（ρ.Cer）越大，作用在炮眼壁上的峰值压力Pr越大，即围岩级别不同，炮孔壁受到的压力不同。围岩越硬（围岩等级小），压力越大，反之则小。但炮孔药壁上受到的压力并不等于隧道洞壁受到的压力，在这两者之间涉及到波的传递过程，即波的衰减规律，如图。
爆炸应力波演变过程
气炮上图显示，产生爆炸后，装药室附近岩石中形成冲击波，随着冲击波的向外传播应力幅值不断衰减，波速不断降低，最后演变成应力波；应力波进一步传播、衰减，演变成地震波。
波的传递衰减过程
粉炮孔壁上峰值压力等效到震动圈上的等效压力如式（3-3-4）所示：
（3-3-4）
式中：
r1—冲击波作用半径，m；
r2—裂隙区半径，m；
α1、α2—冲击波和应力波衰减指数；
r0—装药半径，m；
其中：
α1≈3或=2+μ/（1+μ）；
（3-3-5）
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