鐵路隧道爆破施工對既有天然氣管道隧道的影響分析

隗建波

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430000）

鐵路隧道爆破施工對既有天然氣管道隧道的影響分析

隗建波

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430000）

新建隧道爆破施工不可避免地對既有隧道產生影響，文章根據某新建鐵路隧道下穿既有天然氣管道隧道的工程實例，建立隧道真實相對位置三維數值模型，考慮新建鐵路隧道施工過程，分析了鐵路隧道位移、軸力、彎矩和安全系數特征；考慮新建鐵路隧道爆破荷載作用，分析了天然氣管道隧道的振動特征。

鐵路隧道；天然氣管道；爆破施工；防護措施；隧道工程

隨著我國經濟實力的不斷增長，基礎設施建設力度日漸加強，越來越多的隧道工程投入建設和運營，因此靠近既有建筑物、小凈距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程越來越多。新建隧道的施工不可避免地對既有建筑物產生影響。

新建隧道施工過程會引起鄰近圍巖或土體的應力重分布，進而引起地層變形，對既有隧道結構的產生附加內力，同時爆破施工可能引起隧道結構出現裂縫、滲漏水等問題，進而影響隧道結構的安全和鐵路運營安全。掌握新建隧道施工對既有隧道變形和受力的影響規律，提出針對性的結構處理與安全防護措施建議，才能保證既有構筑物的安全。

本文以樂清港鐵路紅巖隧道下穿甬臺溫天然氣管道隧道工程為依托，采用三維有限元數值分析方法，分析了隧道爆破施工對既有天然氣管道隧道位移、軸力、彎矩和安全系數的影響規律和振動特征，評估了既有天然氣管道隧道的安全性。提出了針對性的結構處理與安全防護措施建議。

1 工程概況

樂清港鐵路紅巖隧道在DK16＋526里程（距鐵路隧道進口566m）下穿甬臺溫天然氣管道隧道，交叉角約39°，交叉點鐵路隧道軌面設計高程為22.569m，天然氣管道隧道坑底實測標高為39.1m，兩隧道垂直凈距約8.5m。

圖1 平面位置關系

圖2 立面示意圖

2 計算模型及爆破施工模擬

2.1 模型建立

應用大型有限差分巖土軟件MIDAS/GTS用進行數值分析。模型見圖3和圖4所示：

圖3 模型整體網格圖 圖4 隧道空間位置關系

2.2 施工過程模擬

選取2個典型施工步進行分析。

圖5 鐵路隧道典型施工步與既有天然氣管道隧道位置示意圖

2.3 計算參數

表1 鐵路隧道材料參數

3 隧道施工過程靜力影響分析

3.1 既有天然氣管道隧道圍巖位移特征

圖6 新建鐵路隧道施工過程中既有天然氣管道隧道周圍圍巖水平位移云圖（單位：mm）

圖7 既有天然氣管道隧道圍巖豎向位移云圖（單位：mm）

新建鐵路隧道施工過程中，天然氣管道隧道周圍圍巖會發生方向相反的水平方向的位移，其最大水平位移差為0.135mm。發生豎向位移，其最大下沉位移值為0.410mm。計算結果表明，新建鐵路隧道施工對上部的天然氣管道隧道引起的附加位移均較小，不影響天然氣管道隧道的安全運營。

3.2 鐵路隧道二次襯砌位移及內力特征

圖8 鐵路隧道二襯位移云圖（單位：mm）

天然氣爆炸產生700kPa壓力作用下，鐵路隧道二襯引起的附加位移均較小，水平位移在－0.012～＋0.012mm之間，軸向位移在－0.002～＋0.002mm之間，豎向位移最大值為－0.021mm。從天然氣爆炸對鐵路隧道二襯位移的角度來看，天然氣爆炸對鐵路隧道幾乎無影響。

圖9 鐵路隧道二襯內力云圖（單位：kN·m）

按《鐵路隧道設計規范》（TB 10003-2016）采用破損階段法進行檢算。其最小安全系數為7.12，超過規范規定2.4的最低要求，鐵路隧道二次襯砌結構安全。

4 新建隧道爆破動力影響分析

爆破荷載分析表明，當單響最大起爆藥量取0.33kg，爆破點位置距離天然氣管道隧道底部8.5m時，既有天然氣管道隧道最大振動速度約為2.7cm/s，小于振速3.0cm/s，天然氣管道在鄰近爆破施工條件下處于安全狀態。

在相同的單響最大起爆藥量下，新建鐵路隧道爆破開挖距離天然氣管道隧道越遠，爆破開挖對天然氣管道隧道的影響就越小。

[1]仇文革．地下工程近接施工力學原理與對策研究[D]．西南交通大學，2003．

[2]鐵路隧道設計規范（TB10003-2016）[S]．

[3]爆破安全規程（GB6722-2014）[S]．

（責任編輯：王 波）

U455

1009-2374（2017）12-0187-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.096

隗建波（1983-），男，中鐵第四勘察設計院集團有限公司工程師，碩士，研究方向：隧道及地下工程的設計。

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