钻爆法施工对桥桩的影响规律研究

2017-02-06刘小四

黑龙江交通科技 2017年12期

刘小四

(吉安市路桥工程局，江西吉安 343000)

1 模型的建立及计算

1.1 建立模型

根据魏台桥的实际情况，以一排柱区段为研究对象进行爆破模拟计算分析，以弹塑性材料作为隧道岩石。在隧道模型建立的过程中，为减少振动效应带来的峰值影响，模型的边界需大于隧道直径的5倍，将隧道截断方向定为x轴，竖直方向定为z轴，挖掘方向定为y轴，节点12 000个，网格单元数50 000个，模型宽度为50 m，隧道间距30 m。

隧道周围土体及其参数如表 1 隧道土体材料参数所示。由表1可知，厚度最大的土层为中风化钙质岩板，其弹性模量与剪切模量以及粘聚力等参数也为最大值，说明在隧道开挖过程中，中风化钙质岩板最难处理，受到力的作用也最大。

表1 隧道土体材料参数表

1.2 动力时程计算

采用近似等效方法模拟爆破动荷载，假设爆破产生的力全部集中在一个平面上，根据实际的爆破装药量来计算模拟中的力。每公斤炸药产生的爆破压力为：

(1)

(2)

式中：P1、P2为爆破压力及孔壁面上压力，kPa；dc、dh分别为火药及孔眼的直径，mm；Ve为爆破速度，cm/s；Sge为比重。

动压力：

(3)

式中：B=16338是荷载常量。

2 魏台桥隧道施工概况

2.1 施工概况

选取的施工地段区间总长1 200 m，隧道断面为单洞马蹄形，施工方法为矿山法。小里程与大里程之间设置4个转弯半径，分别为R=300 m、R=5 000 m、R=700 m以及R=900 m。由魏台桥及河道现场布置图可知，施工路线由东向西下坡，区间最大坡度30%，魏台桥长100 m，桥下四排桥桩，桥身结构为空心板梁结构。

2.2 岩土分层状况

魏台桥周围的土体随着开挖深度的不同，土层厚度及组成也存在一定差异。如表 2 魏台桥周围岩土分布状况所示，随着挖掘深度的增大，岩土的构成由较松软的粘性土到质地坚硬的中风化石英岩，且岩土也越来越大。

表2 魏台桥周围岩土分布状况

3 模拟计算结果分析

3.1 爆破对桩土振速分析

通过选取不同爆破波的传播过程来模拟计算，选择TOTAL VELOCITY作为模拟的分量类型，并且选取10～200 ms的时间步骤，与现场实测数据相对比，得到爆破波的振速结果图。如图1爆破模拟结果所示，当爆破波在土体内部传播时，隧道的外壁受冲击波的影响产生振速，最大值为20 cm/s，且以圆环形由内向外辐射，振速值大小符合国家规定的安全爆破范围。在爆破波的传播过程中，当遇到地面构筑物时，波形会发生改变，其振速也会受自身频率的影响发生衰减，爆破波距离爆源越远，由于受到构筑物自由震动频率的影响，波的衰减减慢。

图1 爆破模拟结果

由模拟结果可知，最大振速出现在时间为45 ms，此时的振速为1.97 cm/s。桥桩本身会产生自振，但由于爆破波传播的影响，在随后的振动传播过程中，其振速逐渐减小，到180 ms后自振停止。

3.2 爆破对桥桩的动力作用分析

爆破波在经过桥桩时会对桥桩产生力的作用。随着爆破波的传播，对周围衬砌的干扰越来越大，爆破波传播到距爆源x一侧的拱腰位置时出现最大振速，数值大小为2.5 cm/s。当时间为10 ms时，桥桩受到振动波的干扰而产生振动，振速最大峰值为1.64 cm/s，且随着时间的推移，受到爆破波影响的桥桩数量越来越多，受扰动产生的振速越来越小，直至消失。但当时间为90 ms时，桥桩受爆破波影响，其振速峰值又达到最大值，为1.56 cm/s，说明爆破波的冲击波具有强烈的反复性。