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上跨既有高鐵隧道掘進爆破振動響應分析

文檔作者：吳超1，張錦才1，尹孟林2，謝佳新1 文檔來源： 1. 武漢地鐵集團有限公司 2. 湖北聯交投投資建設有限公司		更新日期： 2026年08月22日	點擊數：
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23
工程技術研究 第9卷 總第176期 2024年12月 工程前沿
上跨既有高鐵隧道掘進爆破振動響應分析
吳 超1，張錦才1，尹孟林2，謝佳新1
1. 武漢地鐵集團有限公司，湖北 武漢 430033
2. 湖北聯交投投資建設有限公司，湖北 武漢 430000
Analysis on Blasting Vibration Response of Tunnel Driving Overcrossing Existing
High-speed Railway
WU Chao1, ZHANG Jincai1, YIN Menglin2, XIE Jiaxin1
1. Wuhan Metro Group Co., Ltd., Wuhan 430033, Hubei, China
2. Hubei Lianjiaotou Investment and Construction Co., Ltd., Wuhan 430000, Hubei, China
摘要：文章以科學城隧道爆破開挖工程為依托，結合
隧道內爆破振動監測與動力有限元數值計算方法，分
析在建隧道掘進爆破振動對既有高鐵隧道結構的影響。
分析結果表明：實測爆破振動速度峰值2.98 cm/s 遠小
于安全控制閾值，在建隧道掘進爆破施工方案合理、
安全可靠。數值模擬計算的爆破振動速度波形及波峰
分布與實測數據基本一致，數值計算結果可對爆破振
動進行合理的模擬及預測。
關鍵詞：科學城隧道；成渝高鐵隧道；爆破開挖；振動速
度；動力有限元
Abstract: Based on the blasting excavation engineering
of the Science City tunnel, combined with the blasting
vibration monitoring in the tunnel and the dynamic
finite element numerical calculation method, this paper
analyzes the influence of the blasting vibration of the
tunnel driving under construction on the existing highspeed
railway tunnel structure. The analysis results show
that the measured blasting vibration velocity peak value of
2.98 cm/s is far less than the safety control threshold, and
the blasting construction scheme of tunnel driving under
construction is reasonable, safe and reliable. The waveform
and wave crest distribution of the blasting vibration
velocity calculated by numerical simulation are basically
consistent with the measured data, and the numerical
calculation results can reasonably simulate and predict the
blasting vibration.
Keywords: Science City tunnel; Chengdu-Chongqing
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2024.24.007 .
作者簡介： 吳超，男，碩士，工程師，研究方向為軌道交通工程管理。
High-speed Railway tunnel; blasting excavation; vibration
velocity; dynamic finite element
分類號：U455.6
1 研究背景
隨著國內高速鐵路的迅速發展，新建隧道上跨既
有高鐵隧道的案例屢見不鮮，新建隧道上跨既有高鐵
掘進爆破振動響應特征也成為學者重點研究的內容[1]。
文章以科學城隧道工程為依托，結合爆破振動監測與
動力有限元數值計算方法，分析新建隧道上跨既有高
鐵掘進爆破振動響應，以期為類似工程案例提供一定
參考。
2 工程概況
新建科學城隧道全長4.1 km，隧道建筑限界凈高
5.0 m，凈寬13.5 m，上跨既有成渝高鐵隧道，隧道相
對位置關系見圖1。
巖溶發育破碎帶斷層破碎帶
成渝高鐵
科學城隧道
成渝高鐵左線成渝高鐵右線
17.7 m
圖1 隧道相對位置關系
科學城隧道主要穿越鈣質泥巖、灰巖及砂巖地
24
工程前沿2024 年 第24 期 總第176 期 工程技術研究
層，圍巖級別主要為Ⅳ級，采用鉆爆法施工。炮孔充
填2# 巖石乳化炸藥，炮孔直徑為42 mm，藥卷直徑
為32 mm，最大單段藥量為21.6 kg（掏槽孔裝藥量），
爆破參數統計見表1。
表1 爆破參數統計
炮孔分類雷管段位數量/ 個
炮孔深
度/m
單孔
藥量/kg
單段
藥量/kg
掏槽孔1 12 3.5 1.8 21.6
3 爆破振動監測分析
3.1　監測點布置
科學城隧道施工區上跨既有成渝高鐵隧道，掘進
爆破施工不僅要保證自身隧道施工安全，同時需考慮
爆破對既有成渝高鐵隧道運營安全的影響。因掏槽孔
的爆破為最大單段藥量，其引起的爆破振動響應最大，
主要監測掏槽孔爆破引起的圍巖振動。
對科學城隧道和既有成渝高鐵隧道進行爆破振動
監測，爆破振動監測點布置示意圖見圖2，成渝高鐵
隧道監測點布置盡量靠近科學城隧道的正下方，其中
D8 布置在左線，D9 布置在右線。
D1 ～ D9—監測點編號。
圖2 爆破振動監測點布置示意圖
3.2　監測數據分析
統計掏槽孔爆破時成渝高鐵隧道左線及右線監測
點的爆破振動速度峰值及其與開挖掌子面的距離，爆
破振動監測數據見表2。
表2 爆破振動監測數據
科學城隧道左線科學城隧道右線
距離/m 振速/（cm·s-1） 距離/m 振速/（cm·s-1）
20 2.98 20 2.71
40 2.03 40 2.23
60 1.35 60 1.51
80 1.03 80 1.01
100 0.87 100 0.92
《爆破安全規程》（GB 6722—2014）關于交通隧
道的安全振動閾值的規定，爆破振動速度峰值控制閾
值在10 cm/s 以上?，F場實測的爆破振動速度峰值為
2.98 cm/s，遠小于振動速度峰值控制閾值，說明科學
城掘進爆破施工方案合理、安全可靠，爆破對既有成
渝高鐵隧道運營安全的影響可控。
4 既有隧道爆破振動響應
4.1　模型尺寸及邊界條件
文章采用有限元數值計算方法模擬科學城隧道爆
破開挖對既有成渝高鐵隧道的影響，模型材料主要包
括鈣質泥巖和砂巖[2]。模型尺寸為120 m×80 m×99 m
（長× 寬× 高），模型山體表面及隧道輪廓面設置為
自由邊界，其余界面設置為無反射邊界，隧道數值模
型示意圖見圖3，隧道數值模擬參數見表3。
鈣質泥巖
砂巖
大學城隧道
成渝高鐵隧道
圖3 隧道數值模型示意圖
表3 隧道數值模擬參數
參數
類型
鈣質泥巖砂巖
密度/（g·cm-3） 2.2 2.6
泊松比0.28 0.20
內聚力/MPa 10 15
摩擦角/（°） 22 45
抗壓強度/MPa 130 150
4.2　爆破加載方法
結合爆炸應力波理論，采用三角形荷載進行爆破
荷載加載[3]，炸藥爆轟壓初始壓力P0 的計算公式如下：
（1）
式中：ρ0 為炸藥密度；D 為炸藥爆轟速度；γ 為炸
藥的等熵指數，取值為3；d
c 為藥卷直徑；db 為炮孔直徑。
25
工程技術研究 第9卷 總第176期 2024年12月 工程前沿
爆破荷載形式見圖4。
時間/ms
爆炸荷載/MPa
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
20
15
10
5
0
圖4 爆破荷載形式
4.3　模型驗證
為驗證數值模擬結果的合理性，根據爆破開挖的
實際情況，在模型上設置了與現場一致的監測點[4]。
監測點振動在不同方向的速度波形對比見圖5，監測
點數值模擬與現場監測數據對比見表4。
時間/s
峰值振速/（cm·s-1）
3
2
1
0
0.1 0.2 0.3 0.4
現場監測
數值模擬
圖5 監測點振動在不同方向的速度波形對比
模擬計算的爆破振動速度波形相比實測的波形，
波峰分布基本一致，波形相對更圓滑，不存在頻率較
高的雜散波形，模擬計算的爆破振動峰值與現場監測
的誤差為3.69%。造成波形及峰值計算數據存在誤差
的原因是數值模擬沒有考慮巖體節理和弱化面對巖體
中爆破地震波傳播的影響。如忽略上述因素的影響，
模型計算與現場實際監測的測點爆破振動速度波形及
峰值總體吻合，模型計算結果合理[5]。
5 結論
文章以科學城隧道工程為依托，結合爆破振動監
測與動力有限元數值計算方法，分析上跨既有高鐵隧
道掘進爆破振動響應特征，得到主要結論如下：
（1）爆破振動速度峰值為2.98 cm/s，遠小于振動
速度峰值安全控制閾值，科學城掘進爆破施工方案合
理、安全可靠。
（2）數值模擬計算的爆破振動速度波形及波峰分
布與實測數據基本一致，波形相對更圓滑，不存在頻
率較高的雜散波形，數值計算結果可對爆破振動進行
合理的模擬及預測。
參考文獻
[1] 韋彬，戴智穎，唐皓，等.雙洞八車道隧道上穿高鐵隧道力學響應
分析[J].地下空間與工程學報，2023，19（增刊1）：436-442，457.
[2] 張如.新建隧道近距離上跨既有隧道段爆破振動控制技術研究
[D].西安：長安大學，2017.
[3] 顏天成，張慶彬，陳敏.新建隧道爆破對下部近接運營高鐵隧道
影響分析[J].爆破，2023，40（1）：185-193，220.
[4] 孟濤.電子雷管在水泥砂漿試塊中的抗沖擊及其在隧道掘進爆破
工程應用的研究[D].淮南：安徽理工大學，2022.
[5] 毛建超.隧道掘進爆破設計與荷載計算系統的研究與應用[D].西
安：西安建筑科技大學，2020.
表4 監測點數值模擬與現場監測數據對比
監測點
數值模擬/（cm·s-1） 數值模擬合
速度
現場監測/（cm·s-1） 現場監測合
速度
合速度誤
徑向 切向 法向 徑向 切向 法向 差/%
D3 1.52 1.93 1.88 3.09 1.42 1.89 1.82 2.98 3.69

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