交叉隧道工程中考虑空腔波衍射效应的既有隧道爆破振动预测方法研究

《Scientific Reports》：Transmission path of blasting vibration in a cross-tunnel and PPV prediction of the full section of the existing tunnel

　　

摘要

在交叉隧道工程中，过度的爆破振动可能会威胁既有地下结构的运营安全和结构稳定性。准确预测隧道爆破振动强度对于有效的振动控制至关重要。基于京张高铁曹磨山联络隧道工程，本研究结合现场监测和数值模拟，研究了爆破振动传播特性和质点振动速度峰值（PPV）预测方法。首先，利用现场监测数据评估了传统PPV预测模型在既有隧道侧墙上的适用性。随后，进行了三维数值模拟，从应力波传播的角度揭示PPV分布机制。为了考虑新隧道开挖形成的空腔引起的应力波衍射，通过引入最小衍射距离（R_m）修改了既有隧道全断面的PPV预测模型。结果表明，围绕开挖空腔的波衍射是既有隧道断面上PPV分布不均匀的主要原因。以 USBM 方程为例，当新隧道掌子面接近（L?<?0 m）、到达（L?=?0 m）和越过（L?>　0 m）交叉处时，修改后的模型的决定系数分别为 0.924、0.971 和 0.949，与原模型相比分别提高了 23.38%、20.74% 和 6.33%。这些发现表明，引入R_m 考虑了空腔引起的衍射，提供了更准确的有效应力波传播路径表征，从而提高了在不同爆源相对位置下既有隧道断面的PPV预测精度。