爆破荷載對(duì)地鐵車站基坑錨索錨固力的影響分析

葉承敏　戴圣蘭

摘要：地鐵樁錨圍護(hù)結(jié)構(gòu)下深基坑爆破施工時(shí)，爆破動(dòng)力作用會(huì)對(duì)錨索錨固力較大產(chǎn)生影響。本文基于某基坑工程，采用數(shù)值模擬方法，建立樁錨圍護(hù)結(jié)構(gòu)下的基坑爆破開挖模型，分析了不同爆破炸藥量和不同起爆點(diǎn)至錨索錨頭距離下爆破作用對(duì)錨索錨固力的影響。得到了錨固力出現(xiàn)損失時(shí)起爆點(diǎn)至錨索錨頭最大距離與炸藥量之間的關(guān)系擬合公式，并與已有爆破破壞分區(qū)理論進(jìn)行比較。結(jié)果表明：在起爆點(diǎn)距錨索錨頭較近區(qū)域，錨索錨固力都是減小的，所得的擬合公式能較好反映藥量與距離對(duì)錨固力的影響，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：爆破作用;基坑;長(zhǎng)錨索;錨固力

引言

隨著城市化的發(fā)展，越來越多的城市在進(jìn)行地鐵建設(shè)，由于場(chǎng)地普遍狹小，深基坑支護(hù)開挖則是常用開挖模式，錨索的使用對(duì)巖體有良好的加固效果，因此在深基坑支護(hù)工程中被廣泛使用。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)錨索（桿）支護(hù)在爆破動(dòng)載下的動(dòng)力響應(yīng)特征進(jìn)行了許多研究，主要以試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析為主。

本文以某深基坑爆破開挖為工程背景，運(yùn)用數(shù)值模擬研究基坑樁錨圍護(hù)結(jié)構(gòu)錨索考慮炸藥量與起爆點(diǎn)距錨索錨頭距離不同的工況下的錨索錨固力的變化規(guī)律，以期得到錨索錨固力開始產(chǎn)生損失時(shí)炸藥量和起爆點(diǎn)距錨索錨頭距離的關(guān)系，達(dá)到炸藥量?jī)?yōu)化的目的。

1 工程概況

本工程為某地鐵車站基坑，主體標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約24.0m，基坑寬度為24.0m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1000@1300鉆孔灌注樁，車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕采用850@600三軸攪拌樁，支撐體系為一道砼支撐+兩道錨索。車站所處土層由人工雜填土、粘性土，第四系全新統(tǒng)、晚更新統(tǒng)黃褐色～棕黃色，可～硬塑黏土層構(gòu)成，下伏基巖以灰?guī)r為主。

2 計(jì)算模型

為研究爆破荷載對(duì)巖溶地層長(zhǎng)錨索錨固效果的影響分析，在完成距基坑地面前10m土層開挖后，建立考慮爆破炸藥量和起爆點(diǎn)距錨索錨頭水平距離兩種因素影響的爆破開挖模型。

2.1爆破荷載的確定

通常認(rèn)為炸藥爆炸瞬間釋放大量的能量，同時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊波作用在炮孔壁上。沖擊波的波陣面上能量密度非常高，作用在炮孔壁上的應(yīng)力突然上升到一個(gè)非常大的值，類似于作用一個(gè)集中力，由于巖石介質(zhì)的阻尼作用，這個(gè)應(yīng)力會(huì)迅速衰減，這種情形下可以將爆破荷載時(shí)程曲線簡(jiǎn)化為三角形荷載模型。

2.2樁錨圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接形式

在模擬基坑樁錨支護(hù)時(shí)，圍護(hù)樁與錨索如何進(jìn)行連接關(guān)系到整個(gè)樁錨結(jié)構(gòu)的受力。在FLAC 3D中，采用sel link命令建立連接屬性樁和腰梁連接處、腰梁與錨索錨頭連接處均為剛結(jié)。

2.3計(jì)算模型及邊界

依據(jù)基坑開挖對(duì)周邊土體的影響范圍，所建基坑模型在豎向一般取基坑開挖深度的2～4倍，本模型最終模型尺寸取84m×40m×72m。圍護(hù)樁樁長(zhǎng)16m，樁間距2.6m;第一道錨索自由段長(zhǎng)6m，錨固段長(zhǎng)9m，錨頭端距基坑地面6m;第二道錨索自由段長(zhǎng)5m，錨固段長(zhǎng)9m，錨頭端距基坑地面10m;兩道錨索的傾角均為20o。模型土體采用摩爾庫倫實(shí)體單元，模型所受的荷載為重力荷載和進(jìn)行基坑爆破時(shí)的爆破荷載，約束條件為：四周施加水平方向約束，底部施加豎向約束。根據(jù)本基坑工程的實(shí)際地質(zhì)情況，土體屬于松散介質(zhì)，受力后顆粒之間的位置調(diào)整在卸載以后不能恢復(fù)，形成較大的塑性變形。因此，本計(jì)算采用理想彈塑性本構(gòu)模型，土的強(qiáng)度特征采用摩爾-庫侖（Mohr-Coulomb）屈服準(zhǔn)則。

3 計(jì)算結(jié)果分析

由于計(jì)算結(jié)果中第二道錨索所受錨固力較第一道錨索大，本文為得出一般規(guī)律，與具體第幾道錨索無關(guān)，故本節(jié)只分析第二道錨索錨固力的變化。經(jīng)過模型計(jì)算得到爆破炸藥量與錨索錨固力剛出現(xiàn)損失時(shí)，錨頭距起爆點(diǎn)的距離關(guān)系散點(diǎn)的擬合公式為：

這與黃華東得到的爆破彈性振動(dòng)區(qū)與裂隙區(qū)分界半徑相差不大。

根據(jù)爆破分區(qū)破壞理論，彈性振動(dòng)區(qū)是在裂隙區(qū)巖體范圍以外，只能引起巖體質(zhì)點(diǎn)的彈性振動(dòng)。對(duì)于本工程所采用的端部錨索，當(dāng)錨索錨頭受到爆破作用而使得與錨頭接觸的周圍巖土體產(chǎn)生塑性變形時(shí)，錨索錨頭的松動(dòng)破壞使得錨固力損失。

相同的爆破炸藥量下，錨索錨固力出現(xiàn)損失時(shí)起爆點(diǎn)至錨索錨頭最大距離比爆破彈性振動(dòng)區(qū)與裂隙區(qū)分界半徑稍小。這是因?yàn)椋哄^頭松動(dòng)導(dǎo)致端部錨索錨固力的損失，而錨頭的松動(dòng)是由于錨頭端周圍巖體產(chǎn)生了不可逆的變形。起爆點(diǎn)至錨索錨頭距離比爆破彈性振動(dòng)區(qū)與裂隙區(qū)分界半徑小時(shí)，錨頭周圍巖體是處于裂隙區(qū)，與錨索錨頭接觸的周圍巖土體產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致錨頭產(chǎn)生松動(dòng)破壞，進(jìn)而使錨固力產(chǎn)生損失;而當(dāng)起爆點(diǎn)至錨索錨頭距離和爆破彈性振動(dòng)區(qū)與裂隙區(qū)分界半徑相同時(shí)，錨頭周圍的巖體處于彈性變形與塑性變形的臨界狀態(tài)，錨頭周圍的巖體不產(chǎn)生塑性變形，故錨頭也就不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，錨固力也就不會(huì)有損失。

參考文獻(xiàn)：

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