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爆破振动对既有铁路隧道结构影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 爆破振动对既有铁路隧道结构影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | 爆破地震波;既有铁路隧道;极限破坏振速;数值模拟 |
| 摘要： | 在我国基建事业飞速发展的过程中，有许多新建爆破施工项目邻近既有铁路隧道，导致爆破振动对既有铁路隧道结构产生威胁，从而影响既有铁路的安全运营。因此需要确定隧道破坏失稳时的极限爆破振动速度控制标准，只有将振动速度控制在极限值内，才能保证新建工程的施工进度和既有铁路隧道的安全。爆破振动对既有铁路隧道结构的破坏性现场试验很难完成，甚至不可能实现，采用计算机软件对破坏试验进行数值模拟就相对简单许多，还能节省不少成本。本文结合京张高铁八达岭地下车站现场爆破试验，利用有限差分程序建立八达岭地下车站三洞分离段正线上台阶爆破模型，计算分析左线初期支护迎爆侧各关键点的振动情况，并将某铁路隧道的受力承载结构拆分为围岩、初期支护和二次衬砌三部分，对不同工况下的隧道爆破振动响应情况进行模拟计算，得到隧道各结构的极限破坏振速。研究结论如下: (1)根据爆破地震波波前入射方向与既有铁路隧道空间位置关系，爆破振动对隧道破坏形式分为3类，分别是使隧道产生轴向压缩和拉伸变形;使隧道洞周产生横向收缩和扩张、纵向弯曲变形;使隧道洞周发生斜变形。 (2)通过分析八达岭地下车站正线爆破振动测试结果，得到导爆管雷管爆破时，掏槽孔爆破对左线初支迎爆侧边墙影响最大，可以减少掏槽孔最大单段药量降低爆破振动;与爆破掌子面距离最近的初支边墙最大爆破振动速度为24.55cm/s，爆破振动主频较低，但该位置未出现裂纹破坏等现象，初支还能承受更高的振动强度;八达岭地下车站左线边墙爆破振动速度传播衰减规律为v=142(Q1/3/R)1.4。与导爆管雷管爆破相比，使用数码电子雷管爆破时，左线初支迎爆侧边墙产生的爆破振动显著降低，爆破振动主频大幅提高。 (3)对三洞分离段正线上台阶爆破模型进行动力学计算，得出掏槽孔爆破时，初支拱顶的振动速度最大，其次是迎爆侧边墙，拱底振速最小;对比初支迎爆侧边墙振动速度情况，模拟计算结果与现场测试的非常接近;左线初支迎爆侧边墙一直处于受压状态。 (4)分别对隧道围岩、初支和二衬在爆破振速下进行模拟计算，根据隧道结构各个关键点的位移突变拐点判据，得到Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道破坏失稳时的临界爆破振速分别为35cm/s、30cm/s、26cm/s;喷锚式衬砌和钢拱架复合式衬砌破坏失稳时的临界爆破振速分别为42cm/s和46cm/s;龄期为3d、7d、28d的混凝土二衬破坏失稳时的临界爆破振速分别为49cm/s、52cm/s、57cm/s。 |
| 作者： | 郭云龙 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 孟海利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 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 |
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