爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究

摘要

采用钻爆法进行隧道掘进施工的过程中，爆破施工产生的振动被认为是影响最大的负面效应。在浅埋隧道工程的爆破施工中，由于隧道的埋深较浅，导致地表的振动效应比较明显。如果不了解爆破地震波在地表的传播规律，就有可能导致地表的建筑物因过大的振动强度而发生破坏，造成严重的工程事故。空洞效应导致浅埋隧道爆破开挖时地表的振动发生区域性变化的特征，即隧道掌子面后方开挖成洞区拱顶上方地表的振动速度大于对称位置未开挖区的地表振动速度的现象。
　　本文主要以成贵高铁豆子湾隧道下穿桥桥湾水库为工程背景，通过对隧道上方地表进行振动测试试验和数值模拟计算相结合的方法，进行爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究。对现场试验测得的地表振动速度波形图进行分析，得到掏槽孔起爆引起的地表振动速度最大，掏槽孔起爆引起的振动对地表振动强度起决定性作用。提出空洞效应振速放大系数作为衡量空洞效应导致的地表振动放大效应的标准。进行数值模拟研究，提出爆破荷载的施加方法和边界条件的处理措施，得到进行爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动研究的数值模拟方法，对计算结果进行分析得到空洞效应在隧道掘进方向上的变化规律和隧道上方地表受空洞效应影响的区域范围。提出分段楔形掏槽的掏槽孔起爆方法来削弱空洞效应导致的地表振动的放大效应，并在广州地铁二十一号线区间隧道上进行应用实践。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 爆破地震波传播规律的研究

1．2．2 爆破地震波振动强度的监测与预测的研究

1．2．3 爆破地震波振动强度的数值模拟研究

1．3 论文研究的主要内容与方法

1．3．1 论文研究的主要内容

1．3．2 论文采用的研究方法

1．3．3 本文的技术路线

第2章 豆子湾隧道爆破施工方案

2．1 豆子湾隧道工程简介

2．2 下穿桥桥湾水库段工程地质概况

2．3 下穿桥桥湾水库段爆破设计

2．3．1 下穿桥桥湾水库段隧道爆破难点分析

2．3．2 上台阶爆破设计

2．3．3 下台阶爆破设计

2．4 爆破效果评价

2．5 本章小结

第3章 豆子湾隧道地表振动监测研究

3．1 实验仪器

3．1．1 TC-4850爆破测振仪简介

3．1．2 爆破测振仪工作原理

3．2 地表振动监测方案

3．3 地表振动监测结果

3．4 试验数据分析

3．4．1 波形分析

3．4．2 空洞效应的振速放大系数指标Ψ

3．5 测试数据回归分析

3．6 本章小结

第4章 豆子湾隧道爆破振动的数值模拟研究

4．1 数值模拟研究的可行性分析

4．2 ANSYS／LS-DYNA的计算原理

4．3 豆子湾隧道计算模型的建立

4．3．1 有限元模型的确定

4．3．2 围岩及初支力学参数

4．3．2 本构模型的选取

4．3．3 爆破荷载的施加

4．3．4 边界条件的处理

4．3．5 岩体阻尼系数的选择

4．4 计算结果分析

4．4．1 振动速度波形图

4．4．2 数值计算的可靠性分析

4．4．3 数值计算结果及分析

4．5 空洞效应影响范围研究

4．6 本章小结

第5章 工程应用实例

5．1 工程概况

5．2 控制爆破难点分析

5．3 原爆破方案的不足

5．4 楔形掏槽减振爆破技术

5．5 爆破方案

5．6 爆破效果分析

5．6．1 地表振动速度监测分析

5．6．2 光面效果评价

5．6 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践