隧道减振光面爆破技术研究

摘要

光面爆破作为一种使爆破轮廓线达到平整、光滑的控制爆破技术，其运用于各种岩土工程的爆破施工。爆破振动是在爆破施工过程中产生的无法避免的次生危害，极易使围岩产生松动、脱落，在地质条件较差的情况下甚至发生塌方，给开挖施工带来非常大的安全隐患。本文以理论分析和工程实验为研究手段，研究了隧道爆破开挖过程中影响爆破振动的各个影响因素，在此基础上从掏槽眼的布置形式、爆破参数的优化以及采用水压爆破等方法类似对爆破振动大小进行了控制改进，并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对爆破过程进行了模拟分析，进一步求证了光面爆破的振动规律，为指导隧道进行安全、快速的爆破施工提供了依据。主要研究成果如下:
　　(1)在采用微差爆破中，光面爆破开挖所产生的最大振速主要集中在整个爆破过程的前几个爆破段位，尤其是第一段掏槽眼爆破，其振速是其他炮孔爆破的2倍左右。因此，降低爆破振速大小应重点控制掏槽眼爆破方案，选取合适的掏槽眼打孔、装药方案能有效的降低爆破振速，减小隧道的爆破振动;
　　(2)在其他爆破参数相同的条件下，开挖进深和单次爆破用药量是对爆破的振动大小影响最主要的因素，在不影响施工进度的前提下，可以根据实际围岩情况，通过合理控制开挖进深来进行对爆破振动强度的控制;在单次爆破装药量一定的条件下，通过增加振动较大段的钻孔数量、缩小孔间距并相应降低每孔的装药量来降低爆破振动大小。在新工艺方面，水压爆破除了其除尘效果显著、有利于提高岩石破碎度以外，还具有很好的减振效果，通过试验研究其减振效果约为10％;
　　(3)隧道光面爆破的振动大小与当前地质条件、炮孔的布置、药量的分配以及爆破方法均存在直接的关系，在对主要影响因素进行控制的同时，结合其他方面进行逐一针对性优化才能得到最好的实际效果。因此，在定性、定量分析爆破振动效果的同时，做到数字化动态跟踪监测、对施工方案进行动态调整与完善对于推动、完善未来爆破振动控制技术、防止地质灾害及保证施工安全有着重要的实际意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光面爆破机理研究

1．2．2 光面爆破参数研究

1．2．3 光面爆破控制管理技术研究

1．3 存在问题

1．4 本文研究内容与研究思路

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究思路

第二章 光面爆破技术原理与减振研究

2．1 光面爆破技术特点分析

2．2 光面爆破技术原理分析

2．3 光面爆破减振方法

2．3．1 与预裂爆破结合

2．3．2 爆破参数的改变

2．3．3 新工艺的引进

2．4 本章小结

第三章 光面爆破减振效果实验研究

3．1 前言

3．2 试验设计

3．2．1 实验设计原理

3．2．2 实验材料及仪器

3．2．3 原始地质参数采集试验方案

3．2．4 正交试验方案

3．2．5 水压爆破试验方案

3．2．6 洞外试验方案

3．3 实验过程

3．4 实验数据分析

3．4．1 原始地质参数测量结果分析

3．4．2 正交试验测量结果分析

3．4．3 水压爆破试验结果分析

3．4．4 洞外试验结果分析

3．5 实验误差原因及控制措施

3．5．1 人为因素

3．5．2 环境因素

3．5．3 控制措施

3．6 本章小结

第四章 光面爆破数值模拟研究

4．1 ANSYS／LS-DYNA软件简介

4．1．1 ANSYS／LS-DYDA软件功能特点

4．1．2 ANSYS／LS-DYDA软件的计算方法

4．1．3 ANSYS／LS-DYDA前后处理及求解步骤

4．2 定义材料属性

4．2．1 炸药状态方程

4．2．2 围岩材料模型

4．3 建立数值模型

4．4 爆破过程分析

4．4．1 改进前爆破等效应力传播过程

4．4．2 改进后爆破等效应力传播过程

4．4．3 特定单元等效应力大小分析

4．4．4 围岩位移变形分析

4．5 本章小结

第五章 减振光面爆破优化分析

5．1 主要影响因素的选取

5．2 分析影响因素的优化效果

5．3 动态优化改进

第六章 研究结论与展望

6．1 研究结论

6．2 应用展望

致谢

参考文献