无中墙连拱隧道爆破振动响应特性及安全控制措施

无中墙连拱隧道相较传统连拱隧道取消了中墙结构,其先行洞与后行洞初支拱架相互搭接构成整体隧道结构,因此在后行洞爆破开挖时,先行洞及连拱处的爆破振动安全控制极为关键.依托榨坊隧道工程,开展后行洞爆破振动跟踪监测,并对先行洞二衬的爆破振动衰减规律及频谱特性进行了分析;通过LS-DYNA三维有限元数值模拟,研究了先行洞横断面及轴向的爆破振动响应特性,比较分析了注浆加固及布设减震层对连拱处三角区围岩与先行洞衬砌结构的安全控制效果,并通过现场监测,对其应用于实际工程的控制效果进行了评价.实测数据显示:无中墙连拱隧道后行洞开挖时,先行洞边墙二衬的水平径向振动强度最大,且以掏槽孔爆破振动为主,主频集中在40～65 Hz.数值分析显示:先行洞爆破振动速度沿其横断面和轴向的分布均不对称,迎爆侧振动速度显著大于背爆侧,且迎爆侧拱腰至拱肩部位的振速最大;受波传播路径的影响,先行洞未开挖方向的振速相对较高,爆破振动速度沿隧道已开挖方向衰减更快;围岩超前注浆加固可保证连拱处上方三角区围岩的稳定与安全,可分别降低振速和最大主应力69.2％和57.9％;布设减震层可有效控制先行洞衬砌结构的振动安全,可分别降低拱腰和拱肩振速65.2％和57.3％.现场实践也表明:围岩注浆加固和布设减震层2种控制措施各有侧重,二者结合可有效控制爆破振动安全,总体可降低先行洞二衬质点峰值振速35％～50％,且均未超过安全控制标准.