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原文传递隧道爆破施工引起岩体和结构振动研究

论文题名：	隧道爆破施工引起岩体和结构振动研究
关键词：	铁路隧道;爆破掘进;应力场;振动特性;数值模拟
摘要：	隧道修建是高速铁路和城市地下交通建设的重要组成部分，爆破掘进是岩质隧道修建的主要方法之一。在隧洞爆破开挖过程中，爆破振动会对周边环境产生不利影响。为了减小爆破的环境振动效应，学者们进行了爆破振动速度预测方面的大量研究，得到了包含多种因素影响的拓展型爆破振动预测公式。然而，由于隧洞爆破环境复杂、振动传播的影响因素较多，大量现场爆破振动试验表明已有的振动预测公式具有准确度不高、适用范围小等局限性。此外，隧道周边的地表建筑、地下结构以及隧洞洞内不稳定围岩等爆破敏感因素广泛存在。地表建筑、地下结构和洞内围岩在爆破应力场中的振动特性各不不同，因而对爆破振动的预测和控制提出了更高的要求。　　本文结合杭州市千岛湖引水工程和杭州市紫之隧道工程进行了一系列爆破试验和数值模拟，开展了以下研究内容: 　　1、结合竖井爆破开挖实时监测了桩基顶部、桩基上部结构的爆破振动速度、加速度，在时域和频域上分析了桩顶、围护墙墙脚、墙顶的不同振动特性，通过数值模型模拟了掌子面设置爆破减振孔的减振效果。研究表明:竖井爆破时桩基的振动以竖向振动为主;掏槽产生的振速最大，辅助孔次之，周边孔爆破振动最小，在调整掏槽装药量、辅助装药量和周边装药量来控制桩基爆破振动时，应在保证掏槽效果的前提下尽量减小掏槽孔单段装药量;当墙体高程增大，侧向刚度减小时，振动主频会逐渐降低，爆破时应控制振动主频在较高水平以避免结构共振;墙体结构峰值振速由周边孔和辅助孔的振动波叠加而成的复合波产生，墙体结构振动控制应控制爆破的总装药量。当竖井掘进时，桩顶和墙脚振速衰减较快，墙顶具有振动放大效应，振速维持在较高水平。　　2、结合地表、洞内、桩基以及墙体结构等大量爆破振动实测数据，得到了爆破振速、爆破振动加速度、爆破振动主频随装药量和爆心距的拟合公式，并得到隧洞爆破开挖引起地表墙体结构、地下群桩基础、隧道周边地表以及隧洞内部环境振动相应的场地系数和衰减系数。统计了不同场地条件下，爆破振动主频出现的概率，研究表明:地表振动主频低于100Hz，洞内振动主频普遍高于200Hz，隧道爆破开挖引起桩顶、墙脚和墙顶等结构物产生共振的概率极低。　　3、分别建立了近场爆破振动精细化数值分析模型以及远场爆破振动数值分析模型，研究了隧洞爆破振动波在近场和远场的传播和衰减规律。建立了隧洞内部振动的数值分析模型，分析了隧洞内拱顶、侧壁、洞底的爆破振动特性。建立了含断层地质构造的隧道爆破环境振动数值分析模型，分析了地质断层的弹性模量和断层宽度对围岩内部振动波传播和地表振动的影响。
作者：	刘增伟
专业：	岩土工程
导师：	蔡袁强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文