【硕士】小净距隧道掘进爆破振动效应的研究及应用【2008】

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内容简介

　　学科专业：岩土工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：西南交通大学　　学位年度： 2008年　　小净距隧道的主要特点是比分离式隧道占地少，比连拱式隧道造价低，造型美观；但施工难度大，技术含量高。目前，对于小净距隧道的研究工作已经全面的展开，但是研究成果处于探索阶段，所涉及的部分问题没有统一的认识和结论，所以对小净距隧道进行细致、系统的研究具有重要的理论与实际意义。　　本文以渝长高速公路武隆小净距隧道掘进爆破为背景，通过对隧道围岩的声波探测以及爆破地震效应现场试验，结合现场实际观测情况，分析了武隆隧道常规爆破方法引起的围岩扰动范围，研究了隧道中夹岩柱的振动特征及其变化规律。讨论了应用FI．AC3D进行隧道动力学分析时，施加动荷载、边界条件的确定和阻尼的选取等关键问题。通过对实测结果和计算数据的对比分析，证明了应用此计算方法进行振动强度分析的可行性。在此基础之上，对7～12m净距段和4--一7m净距段进行了数值模拟，对所采用的爆破施工方案进行了安全性评价，同时研究了小净距隧道掘进爆破的振动效应。　　从现场观测和声波探测的试验结果发现，武隆隧道采用常规爆破开挖时，拱顶围岩超挖量大多超过50cm。爆破后围岩的扰动范围较大，达到1．3～2．3m左右。造成超挖量过大的原因在于不合理的布置了“加强孔”。　　爆破振动测试结果表明，当隧道净距为12m时，常规爆破方案引起前洞边墙多处测点的振动速度在20cm／s以上。中夹岩柱在爆破地震作用下的振动为高频振动，振动主频一般在100Hz以上；在距离爆区水平距离20m内，　　中夹岩柱的振动速度沿隧道轴线的变化并没有随水平距离的增大有明显的减小趋势；在小净距段进行掘进爆破时，合理的微差时间应不小于50ms。　　计算结果表明，数值计算的结果与实测结果之间的相对误差小于20％，计算结果满足工程计算的精度要求。全断面爆破方案(2m进尺)在7～12m净距段引起的最大振动速度为19．8m／cm；全断面爆破方案(1．3m进尺)在4～7m净距段引起的最大振动速度为16．31cm／s。最大振动速度均低于爆破安全规程的振动控制标准(20cm／s)。　　不同进尺的全断面爆破方案在不同净距的条件下，爆破地震波在围岩中的传播规律具有相似性；隧道前洞断面迎爆侧边墙上的最大振动速度一般出现在与爆破掌子面纵向距离5～10m范围内；前洞迎爆侧与爆破掌子面纵向距离在一5～15m范围内的围岩是最容易发生破坏的，背爆侧围岩的安全性较高；在爆区前最大振动速度沿掘进方向随轴向距离先增大后减小，在爆区后最大振动速度沿掘进反方向是逐渐变小的。　　

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