鉆爆法施工對橋樁的影響規律研究

劉小四

(吉安市路橋工程局，江西 吉安 343000)

1 模型的建立及計算

1.1 建立模型

根據魏臺橋的實際情況，以一排柱區段為研究對象進行爆破模擬計算分析，以彈塑性材料作為隧道巖石。在隧道模型建立的過程中，為減少振動效應帶來的峰值影響，模型的邊界需大于隧道直徑的5倍，將隧道截斷方向定為x軸，豎直方向定為z軸，挖掘方向定為y軸，節點12 000個，網格單元數50 000個，模型寬度為50 m，隧道間距30 m。

隧道周圍土體及其參數如表 1 隧道土體材料參數所示。由表1可知，厚度最大的土層為中風化鈣質巖板，其彈性模量與剪切模量以及粘聚力等參數也為最大值，說明在隧道開挖過程中，中風化鈣質巖板最難處理，受到力的作用也最大。

表1 隧道土體材料參數表

1.2 動力時程計算

采用近似等效方法模擬爆破動荷載，假設爆破產生的力全部集中在一個平面上，根據實際的爆破裝藥量來計算模擬中的力。每公斤炸藥產生的爆破壓力為：

(1)

(2)

式中：P1、P2為爆破壓力及孔壁面上壓力，kPa；dc、dh分別為火藥及孔眼的直徑，mm；Ve為爆破速度，cm/s；Sge為比重。

動壓力：

(3)

式中：B=16338是荷載常量。

2 魏臺橋隧道施工概況

2.1 施工概況

選取的施工地段區間總長1 200 m，隧道斷面為單洞馬蹄形，施工方法為礦山法。小里程與大里程之間設置4個轉彎半徑，分別為R=300 m、R=5 000 m、R=700 m以及R=900 m。由魏臺橋及河道現場布置圖可知，施工路線由東向西下坡，區間最大坡度30%，魏臺橋長100 m，橋下四排橋樁，橋身結構為空心板梁結構。

2.2 巖土分層狀況

魏臺橋周圍的土體隨著開挖深度的不同，土層厚度及組成也存在一定差異。如表 2 魏臺橋周圍巖土分布狀況所示，隨著挖掘深度的增大，巖土的構成由較松軟的粘性土到質地堅硬的中風化石英巖，且巖土也越來越大。

表2 魏臺橋周圍巖土分布狀況

3 模擬計算結果分析

3.1 爆破對樁土振速分析

通過選取不同爆破波的傳播過程來模擬計算，選擇TOTAL VELOCITY作為模擬的分量類型，并且選取10～200 ms的時間步驟，與現場實測數據相對比，得到爆破波的振速結果圖。如圖1爆破模擬結果所示，當爆破波在土體內部傳播時，隧道的外壁受沖擊波的影響產生振速，最大值為20 cm/s，且以圓環形由內向外輻射，振速值大小符合國家規定的安全爆破范圍。在爆破波的傳播過程中，當遇到地面構筑物時，波形會發生改變，其振速也會受自身頻率的影響發生衰減，爆破波距離爆源越遠，由于受到構筑物自由震動頻率的影響，波的衰減減慢。

圖1 爆破模擬結果

由模擬結果可知，最大振速出現在時間為45 ms，此時的振速為1.97 cm/s。橋樁本身會產生自振，但由于爆破波傳播的影響，在隨后的振動傳播過程中，其振速逐漸減小，到180 ms后自振停止。

3.2 爆破對橋樁的動力作用分析

爆破波在經過橋樁時會對橋樁產生力的作用。隨著爆破波的傳播，對周圍襯砌的干擾越來越大，爆破波傳播到距爆源x一側的拱腰位置時出現最大振速，數值大小為2.5 cm/s。當時間為10 ms時，橋樁受到振動波的干擾而產生振動，振速最大峰值為1.64 cm/s，且隨著時間的推移，受到爆破波影響的橋樁數量越來越多，受擾動產生的振速越來越小，直至消失。但當時間為90 ms時，橋樁受爆破波影響，其振速峰值又達到最大值，為1.56 cm/s，說明爆破波的沖擊波具有強烈的反復性。

3.3 爆破動力對樁土應力應變分析

爆破動力荷載對樁土及其周圍構筑物產生了應力，且隨著爆破波的傳播，其應力的數值逐漸減小，應力最大值出現在隧道的外壁，最大值為-0.9 kN/m2，產生的力稱為拉應力。當爆破波傳播到上部結構時，橋樁會出現應力集中現象，使得自身的形狀發生改變，在現場施工時應注意橋樁的變形。

4 結 論

(1)爆破波對周圍土體及建筑物造成的損傷值大小，與波源的位置有關。當爆破波距離波源較近時，周圍的巖體受到沖擊波的瞬時作用，能夠快速的到達平穩狀態。而在距離波源較遠的區域，由于受到應力波以及彈性波的作用，使得周圍的構筑物長時間受到爆破波的擾動，容易發生變形，危害比較大。

(2)爆破波在建筑物內部傳播時，由于波的振動引起建筑物的振動，且出現多次最大振速，說明爆破波在傳播的過程中具有反復性，多次爆破會損傷橋樁的內部結構，在實際施工時應引起足夠重視。振速值的大小與所處的位置有關系，越靠近爆源的監測點，其振速峰值越大，振動時間越短。

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