我国新疆高纬度区域绝大部分气候处于寒冷或严寒状态,在高寒地区修建隧道时,由于受到温度影响,均会考虑设置深埋中心水沟。而深埋中心水沟的设置作为一项新的技术在国内外相关方面的研究较少,因此有必要对深埋中心水沟的爆破开挖方案以及爆破振动响应进行研究。基于以上原因,本文以兰新铁路二线博州支线项目阿拉套山隧道为工程背景,利用动力有限元软件LS-DYNA以及大型有限元软件MIDAS-GTS对水沟的开挖爆破方案及振动响应进行数值模拟研究,以期得到最优爆破方案,为今后类似工程提供参考与指导,主要研究内容如下:(1)通过隧道现场监控量测位移值及围岩力学特性进行围岩物理力学参数的反演分析,得到弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、重度、体积模量、剪切模量等一系列数值模拟所需基本参数的具体值作为有限元计算的基础。(2)根据深埋中心水沟的设计方案,利用模拟岩体近区爆破效果较好的LS-DYNA动力有限元软件对同时起爆、两段起爆、三段起爆等三组起爆方式在炮眼直径、不耦合系数、装药长度等确定下不同微差时间的工况进行数值模拟计算,对比了各工况在最小抵抗线60cm情况下的爆破漏斗及自由面附近的典型单元的震动情况,以期获得基于最佳起爆分段数与最佳微差时间的最优工况。(3)在深埋中心水沟爆破开挖进行数值模拟过程中,对爆破粉碎圈内及破碎圈附近典型单元进行监测分析,通过工况对比,在各炮孔之间贯通良好的情形下,得出爆破破碎区的临界值为压应力2.49MPa、拉应力1.16MPa、剪应力3.19 MPa、米泽斯屈服应力6.18MPa、振动速度0.59m/s。(4)利用MIDAS-GTS软件对初步选择在微差时间20μs工况下的两段起爆与六段起爆两种工况进行对比。结果表明,六段起爆在爆破振动累积效应下的衬砌各部位应力与速度值均小于两段起爆对应的值,可得工程最优工况为六段起爆微差值20μs。衬砌振动速度与最大主应力呈线性相关,基于M-C准则,以最大主应力0.85MPa作为初期衬砌混凝土的破坏临界值,其对应的振动速度阈值为1.50cm/s,提出仰拱与二衬施做断面距水沟断面9m~12m为宜。