地下洞室群爆破开挖的振动效应特性研究

发布时间：2020-04-01 07:35

【摘要】：爆破开挖产生的地震效应不可避免的会对邻近既有洞室的造成一定影响,这一直是洞室群爆破开挖面临的一个重要难题,也一直是专家学者研究的重点。本文以我国南方某铅锌矿爆破振动危害控制的课题研究为依托,在阅读大量国内外相关文献的基础之上,结合专家学者的最新研究成果,以现代爆破理论、动力学理论、岩石力学和信号分析与处理等为理论依据,用现场测试方法研究了矿体爆破开采地震效应对邻近洞室的影响规律;根据工程实际,建立现场模型,以Flac3D有限差分软件为工具,采用数值模拟方法获取各监测点振动数据,与现场实测数据进行对比,验证数值计算的精确性,在此基础上着重研究了洞室的爆破开挖对邻近既有平行洞室的振速、位移和应力的影响规律,为工程爆破开挖提供科学指导。本文主要研究成果如下:(1)通过对现场5次爆破监测到的振动数据进行回归分析,得出该矿S5#S硐室爆破开挖过程中岩体质点切向振动的振动强度衰减规律,并由此计算出最大段药量与最小爆距之间的关系。采用HHT方法对爆破振动信号各频率的能量大小进行分析,得出在50Hz以内的频率携带能量占据总能量的一半,300Hz以内的频率能量占比达到了98.9%,说明这五次爆破的振动频率均在300Hz以内。(2)建立了现场洞室群的三维模型,根据经验公式和实际爆破参数得出多段微差爆破的三角形爆破冲击荷载模型,将数值计算结果与现场实测数据进行对比,两者相对误差在10%以内,极个别误差也不超过15%,现场实测合速度的振速回归曲线和数值模拟计算得出的合速度振速回归曲线的趋势一致性较好,尤其是在爆破远区,两曲线的近似度较高,说明本文建立的数值计算模型较合理。(3)通过对所建模型进行动力分析,研究了邻近洞室与爆心对应的截面周围岩体的振动特性变化规律。结果表明,洞室迎爆侧周围岩体的振速、位移和应力变化均远大于背爆侧,邻近洞室的振速最大部位和位移最大部位均为迎爆侧直墙上部。在爆破振动效应的作用下邻近洞室直墙中部的拉应力集中程度进一步增大,加大了直墙中部发生拉伸破坏的危险性。同时动荷载作用也加大了拱脚和墙脚部位的剪应力集中程度,容易造成剪切破坏。综合振速、位移和应力变化特性分析可知,迎爆侧直墙中上部是受爆破影响最大的危险部位,因此在爆破时应加强对该部位的防护和监测。本文研究成果可以有效监测并预报爆破开挖对邻近洞室结构的破坏程度,对安全施工、有效防护有着重要指导作用。
【图文】：

爆破技术,炸药,消耗量,迅速发展

第一章绪论提出及意义破是利用爆炸所产生的能量，使岩体被破碎、或者移动和建设的工程施工技术。其理论基础包含炸药及其爆炸理论度理论、岩石动力学等，内容十分广泛[1]。社会的持续发步也在推动着爆破技术逐步走向成熟，使爆破技术在交通开采、水利治理、国防工事等众多领域都有广泛的应用，巨大作用[2-6]。近年来，伴随着我国经济的高速发展，基速公路和高速铁路建设）和基础能源开发也在不断加快，丝绸之路”和“一带一路”建设，都给爆破技术的应用提在没有更好的岩体开挖方式推广之前，岩体爆破仍将是工的技术。可以看出，开展岩体爆破开挖对邻近构筑物的振的意义。

洞室群,隧道群

新修建高速工路里程数超过 4500 公里，涉及岩石开挖项目都离不开爆破技术；在采矿工程，每年挖掘巷道数万公里，在这些工程建设中除少量采用机械挖掘方式外，其余几乎全部采用爆破挖掘方式。由此可见爆破工程在我国国民经济建设中具有重要地位和作用。随着地下工程数量和密度的不断增加，在一定空间范围内会存在多个相邻地下空间结构，而形成地下洞室群。如在铁路和公路建设中，在原有单线隧道附近增建二线隧道，或者新建隧道直接建成相互平行的多线近距隧道而形成的相邻隧道群，如南京雨花台韩府山 4 条并列隧道组成的隧道群(图 1.2a)；在公路和铁路建设，有时新建隧道会上穿或者下穿既有隧道而形成立体交叉隧道群，如由 6 座隧洞和 3 座桥梁立体交叉而成的福州鼓山隧道群(图 1.2b)；在矿山工程中，众多巷道、采场和硐室相互交错而形成更为庞大复杂的洞室群；在水电工程中，，一般建成地下厂房的形式，厂房也是由各种大大小小的隧道和各种形式空间结构交织而成的复杂洞室群。这些洞室在开挖建设过程中，必然要面临多作业面平行或者相互交叠的情形。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD235

【参考文献】