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上跨既有高铁隧道掘进爆破振动响应分析

文档作者：吴超1，张锦才1，尹孟林2，谢佳新1 文档来源： 1. 武汉地铁集团有限公司 2. 湖北联交投投资建设有限公司		更新日期： 2026年08月22日	点击数：
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工程技术研究 第9卷 总第176期 2024年12月 工程前沿
上跨既有高铁隧道掘进爆破振动响应分析
吴 超1，张锦才1，尹孟林2，谢佳新1
1. 武汉地铁集团有限公司，湖北 武汉 430033
2. 湖北联交投投资建设有限公司，湖北 武汉 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：文章以科学城隧道爆破开挖工程为依托，结合
隧道内爆破振动监测与动力有限元数值计算方法，分
析在建隧道掘进爆破振动对既有高铁隧道结构的影响。
分析结果表明：实测爆破振动速度峰值2.98 cm/s 远小
于安全控制阈值，在建隧道掘进爆破施工方案合理、
安全可靠。数值模拟计算的爆破振动速度波形及波峰
分布与实测数据基本一致，数值计算结果可对爆破振
动进行合理的模拟及预测。
关键词：科学城隧道；成渝高铁隧道；爆破开挖；振动速
度；动力有限元
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 .
作者简介： 吴超，男，硕士，工程师，研究方向为轨道交通工程管理。
High-speed Railway tunnel; blasting excavation; vibration
velocity; dynamic finite element
分类号：U455.6
1 研究背景
随着国内高速铁路的迅速发展，新建隧道上跨既
有高铁隧道的案例屡见不鲜，新建隧道上跨既有高铁
掘进爆破振动响应特征也成为学者重点研究的内容[1]。
文章以科学城隧道工程为依托，结合爆破振动监测与
动力有限元数值计算方法，分析新建隧道上跨既有高
铁掘进爆破振动响应，以期为类似工程案例提供一定
参考。
2 工程概况
新建科学城隧道全长4.1 km，隧道建筑限界净高
5.0 m，净宽13.5 m，上跨既有成渝高铁隧道，隧道相
对位置关系见图1。
岩溶发育破碎带断层破碎带
成渝高铁
科学城隧道
成渝高铁左线成渝高铁右线
17.7 m
图1 隧道相对位置关系
科学城隧道主要穿越钙质泥岩、灰岩及砂岩地
24
工程前沿2024 年 第24 期 总第176 期 工程技术研究
层，围岩级别主要为Ⅳ级，采用钻爆法施工。炮孔充
填2# 岩石乳化炸药，炮孔直径为42 mm，药卷直径
为32 mm，最大单段药量为21.6 kg（掏槽孔装药量），
爆破参数统计见表1。
表1 爆破参数统计
炮孔分类雷管段位数量/ 个
炮孔深
度/m
单孔
药量/kg
单段
药量/kg
掏槽孔1 12 3.5 1.8 21.6
3 爆破振动监测分析
3.1　监测点布置
科学城隧道施工区上跨既有成渝高铁隧道，掘进
爆破施工不仅要保证自身隧道施工安全，同时需考虑
爆破对既有成渝高铁隧道运营安全的影响。因掏槽孔
的爆破为最大单段药量，其引起的爆破振动响应最大，
主要监测掏槽孔爆破引起的围岩振动。
对科学城隧道和既有成渝高铁隧道进行爆破振动
监测，爆破振动监测点布置示意图见图2，成渝高铁
隧道监测点布置尽量靠近科学城隧道的正下方，其中
D8 布置在左线，D9 布置在右线。
D1 ～ D9—监测点编号。
图2 爆破振动监测点布置示意图
3.2　监测数据分析
统计掏槽孔爆破时成渝高铁隧道左线及右线监测
点的爆破振动速度峰值及其与开挖掌子面的距离，爆
破振动监测数据见表2。
表2 爆破振动监测数据
科学城隧道左线科学城隧道右线
距离/m 振速/（cm·s-1） 距离/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
《爆破安全规程》（GB 6722—2014）关于交通隧
道的安全振动阈值的规定，爆破振动速度峰值控制阈
值在10 cm/s 以上。现场实测的爆破振动速度峰值为
2.98 cm/s，远小于振动速度峰值控制阈值，说明科学
城掘进爆破施工方案合理、安全可靠，爆破对既有成
渝高铁隧道运营安全的影响可控。
4 既有隧道爆破振动响应
4.1　模型尺寸及边界条件
文章采用有限元数值计算方法模拟科学城隧道爆
破开挖对既有成渝高铁隧道的影响，模型材料主要包
括钙质泥岩和砂岩[2]。模型尺寸为120 m×80 m×99 m
（长× 宽× 高），模型山体表面及隧道轮廓面设置为
自由边界，其余界面设置为无反射边界，隧道数值模
型示意图见图3，隧道数值模拟参数见表3。
钙质泥岩
砂岩
大学城隧道
成渝高铁隧道
图3 隧道数值模型示意图
表3 隧道数值模拟参数
参数
类型
钙质泥岩砂岩
密度/（g·cm-3） 2.2 2.6
泊松比0.28 0.20
内聚力/MPa 10 15
摩擦角/（°） 22 45
抗压强度/MPa 130 150
4.2　爆破加载方法
结合爆炸应力波理论，采用三角形荷载进行爆破
荷载加载[3]，炸药爆轰压初始压力P0 的计算公式如下：
（1）
式中：ρ0 为炸药密度；D 为炸药爆轰速度；γ 为炸
药的等熵指数，取值为3；d
c 为药卷直径；db 为炮孔直径。
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工程技术研究 第9卷 总第176期 2024年12月 工程前沿
爆破荷载形式见图4。
时间/ms
爆炸荷载/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
图4 爆破荷载形式
4.3　模型验证
为验证数值模拟结果的合理性，根据爆破开挖的
实际情况，在模型上设置了与现场一致的监测点[4]。
监测点振动在不同方向的速度波形对比见图5，监测
点数值模拟与现场监测数据对比见表4。
时间/s
峰值振速/（cm·s-1）
3
2
1
0
0.1 0.2 0.3 0.4
现场监测
数值模拟
图5 监测点振动在不同方向的速度波形对比
模拟计算的爆破振动速度波形相比实测的波形，
波峰分布基本一致，波形相对更圆滑，不存在频率较
高的杂散波形，模拟计算的爆破振动峰值与现场监测
的误差为3.69%。造成波形及峰值计算数据存在误差
的原因是数值模拟没有考虑岩体节理和弱化面对岩体
中爆破地震波传播的影响。如忽略上述因素的影响，
模型计算与现场实际监测的测点爆破振动速度波形及
峰值总体吻合，模型计算结果合理[5]。
5 结论
文章以科学城隧道工程为依托，结合爆破振动监
测与动力有限元数值计算方法，分析上跨既有高铁隧
道掘进爆破振动响应特征，得到主要结论如下：
（1）爆破振动速度峰值为2.98 cm/s，远小于振动
速度峰值安全控制阈值，科学城掘进爆破施工方案合
理、安全可靠。
（2）数值模拟计算的爆破振动速度波形及波峰分
布与实测数据基本一致，波形相对更圆滑，不存在频
率较高的杂散波形，数值计算结果可对爆破振动进行
合理的模拟及预测。
参考文献
[1] 韦彬，戴智颖，唐皓，等.双洞八车道隧道上穿高铁隧道力学响应
分析[J].地下空间与工程学报，2023，19（增刊1）：436-442，457.
[2] 张如.新建隧道近距离上跨既有隧道段爆破振动控制技术研究
[D].西安：长安大学，2017.
[3] 颜天成，张庆彬，陈敏.新建隧道爆破对下部近接运营高铁隧道
影响分析[J].爆破，2023，40（1）：185-193，220.
[4] 孟涛.电子雷管在水泥砂浆试块中的抗冲击及其在隧道掘进爆破
工程应用的研究[D].淮南：安徽理工大学，2022.
[5] 毛建超.隧道掘进爆破设计与荷载计算系统的研究与应用[D].西
安：西安建筑科技大学，2020.
表4 监测点数值模拟与现场监测数据对比
监测点
数值模拟/（cm·s-1） 数值模拟合
速度
现场监测/（cm·s-1） 现场监测合
速度
合速度误
径向 切向 法向 径向 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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