隧道开挖爆破荷载的加载方法研究及应用

摘要

本文结合棋盘山隧道的爆破施工，将现场实测的爆破振动速度作为输入荷载，采用有限元软件对隧道的爆破荷载进行了数值模拟，探讨了获得可靠计算结果的爆破振动荷载加载方式、计算模型、计算方法和计算条件，比较了不同爆破荷载输入方式的围岩振速特征，研究了隧道爆破开挖引起的围岩应力变化特征以及围岩的松动范围；另外，在棋盘山隧道爆破施工现场，对围岩松动圈范围进行了现场监测，并与数值模拟结果进行了对比分析。本文主要的研究内容和研究成果如下：
　　 1．对现场实测的爆破振动速度进行了回归分析，获得了棋盘山隧道近区的爆破振动衰减规律公式。
　　 2．采用理论分析和模拟实验方法对三种爆破振动荷载的加载方式进行了研究，研究表明把实测的振动速度作为输入荷载的加载方式计算结果更加接近工程实际。
　　 3．把全断面爆破振动波形作为输入荷载进行模拟计算，计算得到的最大振动速度、振动周期以及波峰和波谷均与现场实测值较为接近；另外，对隧道计算模型的拱顶、拱脚和拱底三处的单元进行了应力分析，分析结果表明这三个部位处的围岩都是达到抗拉强度极限而发生破坏的；根据最大拉应力与最大振动速度的关系，拟合出线性函数，得到棋盘山隧道围岩破坏的临界振动速度在32～45cm/s之间，围岩的松动范围在0.8～1.5m之间。
　　 4．在棋盘山隧道爆破施工现场，对围岩的松动范围进行了测试，得到围岩的松动范围约为0.9～1.6m，与数值模拟计算结果基本一致。
　　 本文研究得到的数值计算加载方法，对于研究地下工程爆破荷载的相关问题以及爆破荷载数值计算具有很好的指导作用。