基于HHT分析的超浅埋隧道下穿民房降振控爆技术研究

摘要

在铁路隧道施工设计方面各施工设计单位已有丰富的经验和设计成果，但对于大跨度浅埋隧道，尤其是在复杂施工环境下施工的大跨浅埋隧道，仍有许多技术性难题需要解决。如何控制爆破震害，如何正确处理振动控制与工程效率间的矛盾，是施工首要解决的问题。
　　本文针对仙女岩隧道进口端下穿民房密集区爆破振动控制技术难题，通过HHT方法分析现场监测数据。提出隧道60cm进尺掏槽设计方案并通过现场试验验证，同时提出80cm进尺掏槽微差降振方案和1.8米进尺掏槽微差联合干扰降振控爆方案。80cm进尺方案通过降低单段药量可有效控制地表振速，1.8m控爆方案采用掏槽空气轴向不耦合装药并采用微差起爆，可控制振速满足设计要求，但对地表构建筑物输入能量大于80cm进尺方案。这两种方法可在施工中就现场状况择优选用。
　　运用HHT变换获得监测数据瞬时能量谱及边际谱，边际谱体现能量在频段内聚集特性，瞬时能量谱体现对构建筑的瞬时输入能量。振速越大、频率越低，能量越大，能量作为频率、振速以及振动时间的共同作用结果，更适合作为振动安全判别标准。
　　仙女岩隧道是大跨超浅埋隧道，需要采取综合措施降振。可同时采取缩短进尺、人工开挖自由面、减少单段装药量等方法满足设计要求。干扰降振法核心为微差延时时间确立。本文采用数值模拟获得单段波形信号叠加所得微差最佳时间段为10～20ms，取用10ms间隔叠加所得振速较单段起爆降低12％，所得结果并非1/2周期叠加最优，只是叠加对单段信号峰值起到消峰作用。
　　就仙女岩隧道施工难题提出0.6m进尺掏槽爆破方案，并现场验证施工可用。采用数值模拟软件进一步优化方案得到隧道80cm进尺掏槽微差爆破以及1.8m进尺轴向空气不耦合装药干扰降振爆破方案。对比本文提出的多种掏槽孔微差延时起爆以及不同装药量起爆所得的地表振速，分析得到临空面、单段药量及隧道埋深对地表振动有着重要影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出与研究的意义

1．2 隧道爆破地震效应国内外研究现状

1．2．1 爆破地震波特性研究

1．2．2 爆破振动信号分析技术

1．2．3 控制爆破技术方面研究

1．2．4 隧道掏槽爆破技术

1．2．5 干扰降振法

1．3 研究目的、内容及思路

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究方法及思路

第2章 基于HHT变换爆破地震分析

2．1 HHT方法简介

2．1．1 经验模态分解(EMD)原理

2．1．2 HHT变换

2．1．3 Hilbert谱

2．1．4 HHT的特点

2．1．5 HHT方法完备性及正交性

2．1．6 HHT方法的软件实现

2．2 本文依托的工程背景

2．2．1 工程概述

2．2．2 工程地质概况

2．2．3 隧道设计概况

2．2．4 工程难点

2．3 隧道施工爆破方案

2．3．1 设计原则与技术要求

2．3．2 隧道钻爆设计

2．3．3 爆破振动测试方法

2．3 爆破振动信号HHT变换

2．4 爆破振动信号分析

2．4．1 振速分析

2．4．2 频率分析

2．4．3 能量分析

2．4．4 基于能量的安全判据分析

2．5 本章小结

第3章 大断面浅埋隧道控爆技术研究

3．1 隧道常规降振分析技术研究

3．1．1 缩减单循环进尺

3．1．2 掏槽形式

3．1．3 掏槽装药结构

3．1．4 微差技术减震

3．2 干扰降振法

3．2．1 微差爆破原理及作用

3．2．2 微差时间确定方法

3．2．3 微差延迟识别方法

3．2．4 微差爆破振动单段信号获得

3．2．5 降振主动控制

3．3 本章小结

第4章 爆破振动减震技术模拟与分析

4．1 有限元软件介绍

4．1．1 软件发展历程

4．1．2 LS-DYNA与ANSYS关系

4．1．3 LS-DYNA功能特点

4．1．4 LS-DYNA爆破模拟方法

4．2 LS-DYNA共用节点模型建立

4．2．1 有限元模型建立

4．2．2 有限元模型参数选取

4．2．3 模型可用性验证

4．3 常规降振爆破方案设计

4．3．1 缩减单循环进尺方案设计

4．3．2 模拟方案设计结果与分析

4．4 隧道0.6m进尺爆破模拟实验研究

4．4．1 仙女岩隧道0.6米进尺爆破试验

4．4．2 实验数据

4．4．3 振动监测数据分析

4．5 小结

第5章 爆破振动模拟方案设计改进

5．1 隧道1m进尺掏槽爆破设计改进

5．1．1 隧道1m进尺掏槽爆破设计改进方案

5．1．2 数值模拟结果与分析

5．2 隧道0.8m进尺掏槽爆破设计改进

4．4．1 隧道0.8m进尺掏槽爆破设计及结果

4．4．2 爆破模拟结果与分析

5．3 基于微差干扰降振的爆破方案设计

5．4 掏槽单对孔起爆与微差干扰联合应用

5．4．1 单段波形获得

5．4．2 数值模拟结果与分析

5．5 雷管选择

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研实践