隧道掘进爆破对临近桥梁的影响数值模拟研究

【摘要】本文通过建立七跨连续梁桥有限元数值模型，研究七跨连续梁桥结构在爆破震动波的作用下主梁控制截面、墩顶的位移和内力响应，指导隧道掘进爆破施工，降低爆破震动波对临近桥梁结构的影响。

【关键词】七跨连续梁桥；爆破震动波；位移；内力响应

1、七跨连续梁桥有限元模型的建立

1.1工程概况

该七跨连续梁桥位于于重庆地区，上部构造采用移动模架现浇箱梁，现浇箱梁顶、底板平行，桥面横坡通过箱梁旋转形成，并由梁底调平块调整梁底面与支座顶面保持水平。

1.2建立有限元模型

采用Midas civi12010，根据大桥的实际资料建立有限元数值模型。

有限元模型如下：

1.3七跨连续梁桥有限元数值模型在爆破地震波作用下动力响应

1.3.1位移计算结果

通过纵向、横向、竖向三个方向以及空间组合，输入霍永基爆破地震波作用下的反应谱，某七跨连续梁桥有限元数值模型在四个工况下的位移响应。

1.3.2位移计算结果分析

采用霍永基爆破震动波反应谱法，某七跨连续梁桥有限元模型各跨跨中主梁截面和1#、2#墩墩顶在纵向、横向以及竖向位移量都是工况Ⅱ最大，工况Ⅳ次之，工况Ⅰ较工况Ⅲ相差不是很大，其中工况Ⅰ稍大。各跨中主梁截面的最大纵向位移量，从边跨到中跨变化不大；各跨中主梁截面的最大横向位移量，从中跨到边跨逐渐增大且增幅也逐渐增大；各跨中主梁截面的最大竖向位移量，从第一跨到第三跨逐渐增大，第四跨稍微减少。

在霍永基爆破震动波作用下，该七跨连续梁桥跨中主梁截面处产生的最大纵向位移是5.01mm，墩顶最大纵向位移是8.38mm，跨中截面最大纵向位移约占墩顶最大位移的59.8%；跨中主梁截面处产生的最大横向位移是17.7mm，墩墩顶最大横向位移是15.92mm，墩顶最大横向位移约占跨中截面最大横向位移的89.9%；跨中主梁截面处产生的最大竖向位移是5.31mm，墩墩顶最大竖向位移是0.87mm，跨中截面最大竖向位移远远大于墩顶最大竖向位移。

1.3.3内力计算结果

通过纵向、横向、竖向三个方向以及空间组合，输入霍永基爆破地震波作用下的反应谱，某七跨连续梁桥有限元数值模型在四个工况下的最大内力值，如下表所示。由于桥梁结构对称性较好，取一半结构进行采集数据。

1.3.4内力分析

采用霍永基爆破震动波反应谱法，某七跨连续梁桥有限元模型各跨跨中主梁截面和1#、2#墩墩顶处主梁截面的最大轴向力Fx、最大剪力值Fy、Fz以及最大弯矩值Mx、My、Mz都是工况Ⅱ最大，工况Ⅳ次之，工况Ⅰ较工况Ⅲ相差不是很大，其中工况Ⅰ稍大。纵向震动波对各跨中主梁截面最大轴向力Fx影响最大，横向震动波对最大剪力值Fy、最大弯矩值Mx和Mz影响最大，竖向震动波对最大弯矩值My影响最大。

在霍永基反应谱爆破震动波作用下，发现对临近桥梁结构容易产生较大的轴向力和弯矩值Mz；其中支座处主梁截面产生的最大轴向力值Fx约占跨中主梁截面产生的最大轴向力值Fx的89.5%，支座处主梁截面产生的最大弯矩值Mz约占跨中主梁截面产生的最大弯矩值Mz的74.9%。

通过某七跨连续梁桥有限元分析，发现采用霍永基爆破震动波反应谱；当最大加速度相同时，连续梁桥处于近区比远区破坏大；当处于同一区时，最大加速越大破坏越严重。

2、结论与展望

运用了Midas Civil有限元数值模拟软件，利用了霍永基爆破震动反应谱分析连续梁桥结构爆破震动波的动力响应，并分析了连续梁桥桥墩桩基础发生沉降时，对桥梁结构产生的内力影响。研究成果为隧道爆破掘进开挖对临近桥梁结构的影响提供了一定的参考论据。

隧道爆破掘进开挖对临近桥梁结构的影响分析是一个比较新的领域，特别是对结构比较复杂的建（构）筑物的影响，由于影响因素较多，还需要后续研究工作者做出大量的工作对此领域进一步深化研究。

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作者简介：刘建（1965-），男，1983年10月参加工作，现就职于重庆市渝通公路工程有限责任公司和重庆交通建设（有限）责任公司，主要从事路桥相关研究