大断面隧道聚能水压光面爆破机理与效果研究

发布时间：2020-05-10 06:51

【摘要】：随着对爆破效果要求的提高,传统光面爆破法已不能满足需要。因此,如何更好地控制隧道掘进过程中的超欠挖成为当前研究的一个方向。通过研究聚能水压光面爆破技术对提高光面爆破效果、减少围岩破坏、节省工程造价及提升作业环境均有重要的工程意义。为了研究大断面隧道聚能水压光面爆破的机理与效果,本文通过理论分析、数值模拟、现场试验与现场检测相结合的研究手段,分析了聚能管壁厚、切缝宽度,及其与炸药耦合情况对岩石应力状态的影响,以及有无聚能管情况下周边眼的应力状态,并结合现场试验与检测分析了聚能水压光面爆破的优点。本文的主要工作和成果如下:1.通过建立单孔爆破几何模型,当聚能管切缝宽度为4mm时,切缝口处炮孔壁应力最大,说明最优切缝宽度为4mm;当聚能管壁厚为3mm时,切缝口处炮孔壁应力最大,说明最优壁厚为3mm;当聚能管与炸药耦合破岩效率高于聚能管与炸药不耦合。2.基于双孔无聚能管数值模拟以及双孔有聚能管数值模拟,没有聚能管的药卷起爆后应力波以同心圆的形式均匀向外传播;而套有聚能管的药卷起爆后优先从切缝处产生聚能射流到达炮孔表面,产生应力集中,为生成初始裂缝提供了先期必备条件。3.周边眼相邻炮孔同时起爆时,聚能爆破增强了炮孔连线处应力场的叠加作用,约为无聚能管爆破时的1.4倍,有利于炮孔间贯通裂缝的形成4.通过聚能水压光面爆破的现场试验研究,聚能水压光面爆破时最大超挖量较前期传统爆破超挖量减少25%;聚能水压光面爆破的平均超挖面积较前期传统爆破减少46.8%,聚能水压光面爆破较传统光面爆破掘进过程中每延米减少湿喷混凝土用量3.2m~3。5.由于水袋中水“水楔”效应和“水雾化”作用,爆破后空气中的粉尘含量大大降低,保障了施工人员的身体健康,爆破后通风时间减少10min,减少了碎渣的大块率,劳动率明显提高。6.采用聚能水压光面爆破后,单循环周边眼数量减少10%,雷管消耗减少10%,炸药消耗减少27%,较传统光面爆破每延米合计节省1589元,每循环出渣减少12m~3,取得了良好的经济效益。
【图文】：

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若孔间距适当，相邻炮孔之间将被贯通，形成平整的岩石轮廓面[37]；套管聚能孔拉伸爆破法（图1-2），其原理同套管切缝定向爆破法一致，只是将套管上的切缝以聚能孔的方式来代替[38]。图 1-1 岩石定向控制爆破示意图1. 药卷 2.套管 3.水 4.反射体 5.衬套 6.衬套切槽 7.药卷切口 8.套管 9.切缝

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州市某隧道工程为背景，采用数值模拟软件对聚能爆能管参数进行优化，并通过现场试验与检测对光面爆它隧道采用聚能水压光面爆破开挖控制超欠挖提供参值模拟分析软件 ANSYS/LS-DYNA，对单孔聚能爆破壁厚、不同切缝宽度以及聚能管是否与炸药耦合优化值模拟分析软件 ANSYS/LS-DYNA，对双孔无聚能管模拟，，研究聚能爆破的机理以及聚能爆破对隧道周边影响；能水压光面爆破现场试验并采用隧道三维激光断面检对比同一围岩情况下采用传统光面爆破技术和聚能水果，找出聚能水压爆破的优势。图如图 1-4 所示。
【学位授予单位】：浙江科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.6

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