近水平红砂岩隧道钻爆法施工超欠挖控制技术研究

摘要

近水平层状围岩中进行钻爆施工,层间存在软弱夹层,光面爆破效果较差,难以形成设计要求的拱形轮廓,渣堆中大块率高,超、欠挖现象严重。本文采用理论分析、数值模拟、现场测试相结合的研究方法,对近水平层状围岩隧道钻爆法施工超欠挖控制问题进行系统研究,达到了控制工程超欠挖、节约生产成本、提高开采作业效率的目的。主要研究内容包括:
　　 (1)从层状岩体的三类结构面入手,研究了层状岩体的典型地质特征,分析了各种结构面对层状岩体工程性质的影响;在此基础上,对隧道层状岩体的变形破坏类型、破坏特征及破坏机理进行了探讨。
　　 (2)通过炸药破岩机理以及应力波通过节理、夹层传播规律来分析产生超欠挖现象的原因,研究发现节理、软弱夹层在很大程度上影响了爆炸应力波以及爆生气体对岩石的作用,使光面爆破抵抗线以及岩石裂纹扩展方向发生变化,从而产生不规整的爆破轮廓线。
　　 (3)基于光面爆破设计的基本原理,针对近水平层状红砂岩钻爆施工超欠挖控制中存在的主要问题,结合爆破开挖进行现场爆破测试,从而对爆破参数进行优化,逐步调整并最终提出不同围岩条件下炮眼布置图及其爆破设计参数,达到了合理控制超欠挖的目的。
　　 (4)对隧道围岩原爆破方案和改进的爆破方案的隧道围岩动力稳定性和地震动效应进行了分析和比较,研究表明改进的爆破方案减小了对隧道围岩的地震动效应和屈服区域,能够一定程度上控制超挖,具有较大的优越性和科学性。
　　 (5)归纳了超欠挖的危害、超欠挖的影响因素,并鉴于现场钻爆施工的方便性及可操作性,提出了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制近水平层状红砂岩隧道的超欠挖。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.2.1 国外隧道控制爆破技术的现状与趋势

1.2.2 国内隧道控制爆破技术的现状与趋势

1.3 主要研究内容与研究方法

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 研究方法

第二章 水平层状红砂岩地质与力学赋存环境研究

2.1 工程地质概况

2.2 层状岩体地质特征

2.2.1 原生结构面

2.2.2 构造结构面

2.2.3 工程结构面

2.3 水平层状围岩破坏类型

2.4 水平层状围岩变形破坏机理

2.5 本章小结

第三章 水平层状围岩控制爆破理论研究

3.1 冲击波的破岩机理

3.1.1 冲击波扩胀爆腔作功

3.1.2 应力波产生径向裂隙作功

3.1.3 应力波引起弹性变形作功

3.2 爆生气体对岩石的作功分析

3.2.1 爆生气体的扩胀作功

3.2.2 爆生气体对裂纹的进一步扩展原理

3.3 层状节理对爆破应力波传播的影响

3.3.1 节理对岩体爆破影响的理论研究现状

3.3.2 层状围岩爆破应力波的传播规律

3.4 层状节理对爆破效果的影响

3.5 水平层状围岩爆生气体的作用机理

3.6 水平层状围岩爆破开挖对超欠挖的影响

3.6.1 爆破对隧道围岩超欠挖的影响

3.6.2 爆炸开挖对岩体应力场的影响

3.6.3 不同岩体完整性系数条件下爆破对隧道超挖的影响.

3.7 本章小结

第四章 水平层状红砂岩隧道超欠挖控制的现场试验研究

4.1 项目概况

4.2 光面爆破参数设计基本原理

4.2.1 掏槽眼参数设计

4.2.2 辅助眼参数设计

4.2.3 周边眼参数设计

4.2.4 装药结构与装药方法

4.2.5 起爆时差及起爆顺序

4.3 试验前水平层状红砂岩爆破存在的问题

4.3.1 试验前Ⅳ级围岩爆破参数选用情况

4.3.2 试验前Ⅳ级围岩爆破效果

4.3.3 水平层状红砂岩现场爆破超挖原因分析

4.4 水平层状红砂岩超欠挖控制爆破方案与效果

4.4.1 Ⅲ级围岩试验爆破方案

4.4.2 Ⅳ级围岩试验爆破方案

4.4.3 水平层状红砂岩超欠挖控制爆破效果

4.5 水平层状红砂岩现场爆破振动测试

4.5.1 爆破参数及测点布置

4.5.2 观测结果与分析

4.5.3 单段最大药量的估计

4.6 本章小结

第五章 水平层状红砂岩隧道超欠挖控制的有限元分析

5.1 模型的建立

5.1.1 计算范围与计算工况

5.1.2 单元类型

5.1.3 弹塑性屈服准则

5.1.4 计算参数

5.1.5 爆破荷载计算

5.1.6 边界条件

5.1.7 模型计算

5.2 层状围岩试验前后地震动效应及超欠挖计算结果对比分析

5.3 本章小结

第六章 水平层状围岩超欠挖控制技术

6.1 隧道超欠挖的危害

6.2 水平层状红砂岩隧道超欠挖影响因素分析

6.2.1 测量放线

6.2.2 钻孔精度

6.2.3 爆破技术

6.2.4 地质条件

6.2.5 施工组织管理

6.3 水平层状红砂岩隧道超欠挖控制措施

6.3.1 提高钻孔精度

6.3.2 控制装药参数

6.3.3 规范装药结构

6.3.4 加强施工管理

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及科研情况