详情

原文传递爆破振动对既有隧道的影响与控制技术

论文题名：	爆破振动对既有隧道的影响与控制技术
关键词：	既有隧道;爆破振动;围岩压力;极限分析;数值模拟;控制技术
摘要：	随着中国经济的快速发展，既有隧道设施在中国的基础交通运输中起到越来越重要作用，而在很多邻近既有隧道的新建工程施工过程中，或多或少会对既有隧道的安全稳定性产生影响，尤其是这些工程中采用爆破施工。目前，人们就爆破振动对既有隧道结构影响研究还有诸多欠缺。因此，开展爆破振动对既有隧道影响的控制研究，得到隧道结构抗振安全稳定性、抗振安全系数和现场减振措施等，将为后续的隧道支护设计、隧道安全评价提供直接的参考依据，对加快爆破施工进度、作业安全性和提高经济效益具有重要的意义。　　基于经典爆破振动应力波传播特性，开展了爆破振动效应对隧道稳定性的影响分析，建立了爆破振动效应作用于隧道的数学分析模型，得到了P波和S波作用下混凝土衬砌极限抗拉和抗剪安全振动速度的目标函数。　　采用极限分析方法，首先将爆破振动动态力等效成静态力，然后基于滑动体的极限分析理论和摩尔-库伦强度破坏准则，建立水平地基浅埋隧道和偏压隧道在爆破振动下的破坏模型及相应的速度分布场，最后通过虚功率原理，推导出水平地基浅埋隧道和偏压隧道极限围岩压力计算公式。　　采用安全系数法对既有隧道进行了安全稳定性分析，首先基于外载荷对既有隧道结构的作用形式，推导出爆破振动对既有隧道破坏时等效抗剪和等效抗拉计算公式;其次在有限差分软件中建立爆破振动作用既有隧道计算模型，计算过程中根据摩尔-库伦强度准则和强度折减原理;最后通过失稳判据共同判断，确定了不同振动速度下既有隧道的安全系数，并得到了安全系数随着爆破振动速度的增大不断减小的变化规律。　　现场试验研究基于两种典型的工况进行，首先开展了平行隧道爆破振动对既有隧道影响的控爆技术试验，试验分别采用普通导爆管雷管和数码电子雷管起爆，结果分析表明:得到了普通导爆雷管起爆时既有隧道迎爆侧支护结构上不同段位起爆的振动速度，其中最大振动速度出现在掏槽段，掏槽段振动速度传播规律为v=140.41（Q1/3/R）1.41;与之相比，数码电子雷管起爆具有很好的减振效果。其次进行了露天爆破对既有隧道影响控爆技术试验，试验结果表明:露天爆破试验条件下采用17ms的延迟时间效果最优，减振孔对同水平传播的爆破振动具有较好的减振效果;而孔底加气垫的方法对竖向传播的爆破振动减振效果明显;自由面法线垂直隧道起爆比自由面法线平行隧道时的振动速度高。基于上述两种典型的工况和试验结果，采用安全系数法对既有隧道进行了安全稳定性评价，评价结果为:平行隧道爆破时，采用数码电子雷管起爆下既有隧道的安全稳定性要比普通导爆管雷管起爆提高52.6％;露天工程爆破时，分别采用单排减振孔、双排减振孔、孔底加气垫和改变自由面方向控爆措施下，既有隧道安全稳定性分别提高了11.25％、12.75％、10.75％和16.25％。
作者：	孙崔源
专业：	道路与铁道工程
导师：	张志毅
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2018
正文语种：	中文