隧道爆破施工对临近既有隧道结构安全的影响

摘要

将原有单线铁路通过增建复线进行改造，既可大大提高既有铁路的运输能力和运输效率又可节省建设投资。在复线修建的过程中，新建铁路隧道与既有隧道的间距往往偏小是个十分普遍的情况，这就产生了如下问题：新建隧道爆破开挖产生的爆炸应力波对原有隧道的运营安全及结构安全性将产生重大影响。
　　 本文以在建的渝怀线铁路复线隧道项目为依托，结合其具体的工程实际，将新建隧道掘进爆破对既有隧道衬砌产生的动力效应作为研究对象，主要进行了以下几个方面的探索：
　　 ①对岩体中的爆破机理进行阐述，特别是对控制爆破理论的发展及其在地下工程中的运用加以总结。对爆破应力波的分类、特点加以阐述，在分析国内外爆破振动安全依据的前提下，提出了辅助判定依据。
　　 ②运用有限元程序ANSYS中自带的动力板块LS-DYNA，分门别类的对隧道爆破掘进工程中可能遇到的各种情况进行数值模拟分析，从质点振动速度空间分布及其时间历程、单元应力空间分布及其时间历程两方面对爆破地震波对既有隧道衬砌引起的动力效应进行归纳研究，得出相应结论。
　　 ③从质点振动速度峰值的角度，结合我国现行的爆破安全判据，提出了考虑既有隧道安全的爆破开挖方案。
　　 ④从爆破产生的应力分布及其时间历程角度，对我国现行的爆破安全判据的合理性及其缺陷进行探讨。
　　 ⑤提出了铁路复线小间距隧道施工的一整套双重爆破信息化施工方法。为协调施工进度与既有地下构筑物安全这对矛盾做出有宜探索。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题的目的和意义

1.1.1课题的目的

1.1.2课题的意义

1.2国内外研究现状及主要成果

1.2.1地下构筑物爆破震动理论研究方向

1.2.2地下构筑物爆破震动监测方向

1.2.3地下构筑物爆破震动数值模拟方向

1.3课题工程背景

1.3.1渝怀铁路复线简介

1.3.2重点隧道工程概述

1.4课题主要研究内容和方法

1.4.1主要研究内容

1.4.2主要研究方法

第二章 岩体中的爆炸理论

2.1岩体在冲击荷载作用下的力学行为

2.1.1动载下的应力应变

2.1.2岩体在爆炸荷载作用下的力学行为

2.2岩石爆破机理

2.2.1岩石爆破破坏基本理论

2.2.2单爆源的爆破作用

2.3控制爆破在地下工程的运用

2.3.1控制爆破原理

2.3.2控制爆破在地下工程中的发展

第三章 爆破地震波基本理论

3.1应力波的类型及其特点

3.2爆破应力波的传播与类型

3.2.1爆破应力波的传播方式

3.2.2爆破应力波的衰减与吸收

3.3爆破震动安全评判依据与我国现行标准

3.3.1国外建筑业爆破震动安全评判依据

3.3.2隧道行业爆破震动安全评判依据

3.3.3我国爆破震动安全评判依据

第四章 铁路隧道爆破震动效应数值模拟

4.1有限元理论综述

4.1.1　ANSYS/LS-DYNA的主要功能及特点

4.1.2 ANSYS／LS-DYNA的分析流程

4.1.3基本方程和控制条件

4.1.4空间有限元离散化

4.1.5沙漏粘性与人工体积粘性控制

4.1.6应力计算和时间积分

4.2基于ANSYS／LS-DYNA的数值模拟计算模型

4.2.1炸药冲击荷载模型

4.2.2岩土介质力学模型

4.2.3边界条件处理

4.2.4时间步长控制

4.2.5算法选取

4.3模型实验设计及参数选取

4.3.1模型实验设计

4.3.2模型参数选取

4.4模拟结果分析

4.4.1节点振速峰值模拟结果

4.4.2单元应力峰值模拟结果

4.5质点振速与单元应力模拟结果关联性分析

4.5.1单元最大主(压)应力与质点振速峰值关联性分析

4.5.2单元最大主(拉)应力与质点振速峰值关联性分析

4.5.3单元最大主(拉)应力对衬砌危害性评估

4.6小结

第五章 铁路小间距隧道双重爆破信息化施工

5.1双重爆破的概念

5.2双重爆破信息化施工方法

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果