熊冲隧道光面爆破技术研究与应用

摘要

光面爆破技术自从被提出到现在已有60多年，目前得到了广泛的应用和发展。光面爆破技术是控制爆破的一种，爆破后可以形成光滑的轮廓，且不会对围岩造成大的扰动，被较多应用于隧道开挖工程中。熊冲隧道为z中等断面深埋双洞隧道，属于梧州环城高速建设隧道之一，围岩为硅质砂岩，节理裂隙发育，部分地段风化程度较高，整体性较差。采用普通的爆破工艺爆破后效果不理想，造成了大量经济损失。
　　本文以研究适合熊冲隧道光面爆破技术为目的，介绍了光面爆破技术在熊冲隧道的研究方法与应用情况。首先从理论上分析了爆破过程的破岩机理，介绍了爆炸应力波叠加理论、爆生气体作用理论和应力波与爆生气体共同作用三大理论中围岩裂隙起裂、扩展、止裂的过程及规律，并以此为基础阐述了光面爆破原理，分析了周边孔间距、不耦合系数、光爆层厚度、装药线密度、炮孔堵塞长度、装药结构等几个对光面爆破技术影响较大的因素，为后续光面爆破试验参数的选择提供指导。然后对熊冲隧道围岩地质条件进行了调查，搜集了相关资料，统计节理分布情况，找出围岩节理裂隙分布规律，根据围岩情况采用全断面开挖法进行试验。
　　试验前采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟熊冲隧道光爆层爆破过程，得出了各个时间步长的裂隙扩展图、应力云图，研究熊冲隧道光面爆破时围岩的损坏过程。
　　试验以对光面爆破影响较大的光爆层厚度、线装药密度及周边孔间距为影响因素，根据正交试验原理L9(33)的要求，设计了9组试验。其涵盖了3因素3水平上的主要试验，设计科学合理。根据孔网参数的计算公式，考虑到熊冲隧道实际情况，选取合理的孔网参数取值，使用导爆索等爆破器材进行试验。试验后对数据进行收集整理。
　　熊冲隧道光面爆破试验在严格控制孔网参数精度的条件下进行，试验取得了成功。超欠挖平均为13.1cm，平均半孔率71％，且均大于50％，各项指标均达到预期要求。对光爆层爆破模拟结果分析表明，光爆层内部贯穿裂隙发育，爆破对周边孔上覆岩体裂隙拓展情况较弱。运用多目标灰色决策法对试验数据进行处理，比较各组试验参数的优劣，找出其中最优参数组合，确定最佳的孔网参数选取范围，最佳周边孔间距取值为45～50cm，最佳光爆层厚度取值为49～59cm，最佳线装药密度为0.16～0.20kg/m，最佳炮孔密集系数为0.8～0.85。新的钻破参数被应用于隧道掘进开挖后，经济效益和安全性得到很大提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的依据和意义

1．1．1 选题的依据

1．1．2 选题的意义

1．2 国内外有关光面爆破技术发展现状

1．3 研究内容与方法

第二章 光面爆破力学原理及影响因素分析

2．2 光面爆破技术原理

2．2．1 应力波叠加理论

2．2．2 爆生气体的破岩机理

2．2．3 爆炸应力波与爆生气体共同作用原理

2．3 光面爆破相关因素分析

2．3．1 围岩地质条件对光面爆破效果的影响分析

2．3．2 周边孔间距及装药量

2．3．3 装药结构

2．3．4 不耦合系数

2．3．5 炮孔密集系数及光爆层厚度

2．3．6 炮孔堵塞

2．4 本章小结

第三章 熊冲隧道工程概况及地质条件

3．1 工程来源及地理位置

3．2 熊冲隧道岩性条件

3．2．1 遂址区地层岩性

3．2．3 岩石风化程度

3．2．4 隧道围岩节理裂隙情况

3．3 不良地质现象与水文地质

3．4 施工方法

3．5 本章小节

第四章 数值模拟优化分析

4．1 ANSYS／LS-DYNA软件功能及算法

4．2 隧道光爆层模型的创建及算法的确定

4．2．1 隧道光爆层模型的创建

4．2．2 计算法的确定

4．3 岩石屈服条件及材料属性选择

4．3．1 岩石屈服条件

4．3．2 材料属性及其状态方程

4．4 模拟结果

4．4．1 岩石中爆生裂纹随时间的扩展过程

4．4．2 应力传播过程

4．4．3 模型单元等效应力分析

4．5 本章小节

第五章 熊冲隧道光面爆破试验研究

5．1 试验研究的主要内容

5．1．1 正交实验的原理

5．1．2 实验研究内容

5．2 爆破参数及试验参数选择

5．2．1 炮孔深度

5．2．2 周边孔孔距

5．2．3 光爆层厚度

5．2．4 不耦合系数

5．2．5 装药结构及网路接法

5．2．6 周边眼线装药密度

5．2．7 炮孔填塞长度

5．2．8 爆破网路与起爆顺序

5．3 光面爆破试验设计

5．4 光面爆破效果分析

5．5 本章小节

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文