详情

原文传递隧道洞口边坡稳定性分析及爆破振动效应研究

论文题名：	隧道洞口边坡稳定性分析及爆破振动效应研究
关键词：	隧道洞口;边坡稳定性;爆破振动效应;矿山法施工
摘要：	隧道洞口段矿山法施工影响仰坡的稳定和邻近建筑物的安全，是近年研究的热点和难题。本文以江苏连云港东疏港高速公路后云台山隧道为工程背景，并结合江苏宁常高速公路茅山隧道，在现场调查、现场位移监测和爆破振动监测基础上，结合理论分析、数值模拟深入系统地研究了隧道洞口矿山法施工对边仰坡稳定和周边建筑物安全的影响，取得了以下主要研究成果：　　（1）引用水利边坡和公路边坡稳定性的评价系统来评价隧道洞口仰坡稳定性，并把隧道施工对仰坡稳定性的影响归一化到评价系统，以更准确地评价地质条件、隧道施工对仰坡稳定性的影响，结合后云台山和茅山西隧道洞口段地质特征及施工方法，验证了它的适用性。　　（2）采用有限元强度折减法分析了坡角对仰坡稳定性的影响，研究表明当坡角小于30°时，随着坡角增加，对稳定性影响不大；当坡角大于45°时，随着坡角的增加，对稳定性影响较大；当坡角增加到60°时，边坡处于极限状态。在坡角小于30°时，刷坡提高仰坡稳定性的效果并不明显；在坡角大于45°时刷坡对边坡稳定性作用较大。　　（3）模拟了台阶法施工时隧道跨度和隧道间距对仰坡稳定性的影响。发现随着隧道跨度的增加，仰坡稳定性安全系数降低，当隧道跨度增加15m时，隧道拱腰的应力迅速增加，仰坡的稳定性安全系数也急剧减小；随着间距减小，两隧道围岩的应力场逐渐重叠，当减小到5m时，应力场重叠面积较大，安全系数也急剧减小，两隧道中间部分产生破坏，仰坡失稳。　　（4）分析了洞口路堑开挖引起边坡变形的规律。分析了路堑边坡上的建筑物允许的差异沉降值；确定了边坡的预加固方式；采用有限元法计算了四种路堑开挖方式引起边坡变形值，得到沿隧道轴线方向开挖2m，宽度方向开挖3m的开挖方案可满足变形控制和施工工期要求。　　（5）分析了爆破振动速度在仰坡中的衰减规律。根据现场监测数据回归了萨氏公式中的参数，发现预测振动速度的衰减规律误差较大；修正了萨氏公式，考虑了高程和频率的影响，并用最小二乘法回归其中的参数，它能较好地预测振动速度在仰坡中的衰减规律。　　（6）通过现场监测和数值模拟，探讨了爆破振动引起的空洞效应。在隧道洞口的浅埋段，爆破振动波仰坡中的传播存在空洞效应，即在成洞区地表振动速度大于非成洞区地表的振动速度，是非成洞区的1.3～2.3倍；运用应力波理论分析了隧道洞口浅埋段爆破施工时，产生空洞效应的原因是应力波的反射和叠加，振幅加强。　　（7）用动力学的原理分析了爆破振动对隧道洞口建筑物的影响。发现振动频率和持续时间影响较大，振动频率接近建筑物的固有频率时破坏程度加剧，而持续时间在振动幅度超过建筑物的强度时才起作用；并通过现场爆破振动监测和建筑物的震害特点进行了分析。　　（8）模拟了平房和框架结构的动力特性，并总结其对爆破振动的响应规律。发现建筑物的震害与建筑物自身的动力特性关系甚密，低矮的砌体结构自振频率更接近于爆破振动频率，引起共振，震害更严重；框架结构产生共振的概率很小，只是在某些突出、尖端结构具有放大作用，导致某些斜裂缝或剪切裂缝的出现。　　（9）总结了仰坡设计的方法和流程，并验证了后云台山隧道进口仰坡的设计和支护方式的合理性；优化了掏槽眼、周边眼的布置和装药方式，以达到微振爆破的目的，并跟踪监测验证其效果。
作者：	喻军
专业：	岩土工程
导师：	刘松玉
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文