隧道围岩爆破振动及支护结构稳定性分析

摘要

爆破振动直接影响到隧道围岩和结构的稳定,在施工过程中,对隧道爆破振动采取系统监测,分析和掌握爆破振动时围岩的力学情况,另外,围岩稳定对隧道安全施工也是非常重要的,因此,有必要对隧道爆破振动效应进行研究以及进行支护结构稳定性的分析。
　　 本文以十白高速公路花石沟隧道工程为依托,在隧道爆破过程中,实施及时可靠的爆破安全监测,采取有效监测系统对爆破过程实施全过程隧道支护结构振动响应情况进行监测,同时,针对隧道不同的围岩级别,利用同济曙光有限元分析软件进行模拟计算分析,分析不同级别围岩采取不同的支护形式对围岩的稳定性影响。论文主要工作及研究成果如下:
　　 (1)系统地总结了隧道爆破振动及支护结构稳定在国内外的研究现状,对隧道围岩爆破振动的发展趋势进行了分析,并对影响影响围岩稳定的因素进行了相关分析。
　　 (2)在隧道正常施工爆破参数的基础上,利用UBOX20016数据采集系统进行现场仪器监测,获得布设测点的水平振动速度、垂直振动速度以及水平振动频率、垂直振动频率,并将监测系统所得的数据进行归纳总结,根据振动速度和频率两种物理量作为爆破振动效应的衡量标准,分析得出振动速度为3.1cm/s,远小于规范规定值10cm/s,满足规范要求;而振动频率也不在隧道自振频率范围内,不会引起共振现象,因此监测所得的爆破振动不会对隧道围岩结构产生较大的影响。
　　 (3)利用GeoFBA2D计算软件对隧道不同围岩地段建立有限元计算模型,分析施工过程中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩应力应变的分布和变化规律。针对围岩的支护结构型式,分析了不同支护参数对围岩稳定性的影响,对于Ⅲ级围岩,这类围岩岩体比较坚硬,围岩自稳能力较强,开挖后及时施做初期支护更能保证围岩的稳定性;而对于Ⅳ、V级围岩,开挖后应立即施做初期支护,而且随着混凝土喷层厚度的增大,锚杆间距的变小,更能保证围岩的稳定,因此,利用GeoFBA2D计算软件可以为优化围岩支护设计提供数值模拟,尽可能发挥不同支护措施的优势,在较低的成本下有效的保证隧道围岩的稳定性。