详情

原文传递山岭公路隧道钻爆施工对上覆岩体及铁路影响研究

论文题名：	山岭公路隧道钻爆施工对上覆岩体及铁路影响研究
关键词：	山岭公路隧道;钻爆施工;上覆岩体;既有铁路;受力性能;爆炸应力波;振速衰减
摘要：	随着我国交通强国战略的实施，在西南地区开展了诸多交通工程建设，因该地区地形、地质条件的限制以及选线和空间资源利用的严格要求，导致山岭公路隧道钻爆施工下穿既有铁路的工况愈加常见，对既有线的影响值得关注。岩体在隧道钻爆施工中的力学行为复杂，邻近结构受扰程度把控难，导致下穿钻爆施工极具挑战，研究隧道爆破施工对上覆岩体及既有铁路的影响具有一定理论及应用价值。为此，本文以贵州省纳雍至晴隆高速（下称：纳晴高速）下坝隧道为依托工程，基于应力波及岩石损伤理论，以三维循环爆破数值模拟为研究手段，结合现场监测数据，针对爆破施工条件下：岩体的振动及损伤、不同地质条件岩体的扰动程度、邻近桥梁桩基的附加应力及位移等问题进行系统研究。主要工作及成果如下：　　（1）基于爆炸应力波传播理论，阐述了爆破应力波在岩体中的传播规律及其影响因素；同时，根据不同爆源距岩体的受扰程度，对爆源近、中、远区的岩石力学行为进行了阐明；最后，介绍了爆破荷载下的岩石损伤本构模型，为后续的研究提供了理论基础。　　（2）通过对不同地质因素下隧道循环爆破施工过程的数值仿真，发现围岩初始应力越大，其质点振动峰值越大，损伤程度越小；层理对岩体内部振速及损伤影响较小；围岩级别越高，质点振速峰值及损伤程度越大。基于多元线性回归法，发现在爆源近区和远区，初始应力场均是影响岩体振速的主导因素。此外，围岩质量是影响岩体爆破损伤的主导因素，且对岩体损伤起促进作用。　　（3）为定量给出隧道不同开挖方式对铁路及地表的扰动程度，以地表及桥墩沉降为考察指标，分别开展了钻爆开挖与冷开挖方案的数值仿真试验。下穿铁路桥梁前，相比钻爆开挖，冷开挖时各阶段沉降值均较大。下穿铁路桥梁后，钻爆开挖累计沉降值甚是显著，且隧道埋深越浅，两者沉降差距将进一步扩大。在钻爆开挖下，掌子面穿过桥梁30~40m后沉降趋于稳定；在冷开挖下，掌子面穿过桥梁10~30m后沉降趋于稳定。建议在隧道埋深（20~30m）较浅时，须谨慎使用钻爆开挖，宜采用冷开挖。　　（4）根据最不利工况下隧道爆破下穿既有桥梁仿真分析结果，揭示了由施工引起的桩基附加应力及位移变化规律。掌子面接近桩基将促使附加应力增大，同时桩体朝远离爆源方向位移；掌子面穿过桩基后，附加应力及位移逐步减弱；针对桩基受力特征提出了相应的控制措施。　　（5）基于现场实际情况，制定了不同岩体振速监测方案，揭示了爆炸应力波沿不同传播路径的振速衰减情况，同时对数值模拟结果与实测数据的误差进行了讨论，并提出了不同铁路邻近范围施工对策。
作者：	薛炀皓
专业：	土木工程
导师：	饶军应
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2023