岩溶区板桃隧道爆破开挖对围岩的影响研究

发布时间：2021-01-19 04:33

　　岩溶区隧道施工时,溶洞引起的安全隐患已严重威胁到隧道施工人员的安全。因此研究岩溶区隧道爆破开挖对围岩的影响是隧道地下工程建设中必须面临的一项重大课题。本文以岩溶区板桃隧道为工程背景,建立了对应的有限元分析模型。通过现场爆破监测得到隧道边墙围岩上各测点的振速,与有限元结果对比。探讨了椭球体溶洞分别位于隧道正上方、侧上方、正下方时的应力及振速的变化规律。研究了开挖进尺、爆源距离、围岩级别三大因素对溶洞壁上围岩稳定性的影响,根据分析结果,确定出了爆源与溶洞间的安全距离,并提出了一些处理措施。本文主要内容和研究成果主要有:（1）将现场监测数据与数值分析结果进行对比,得出隧道边墙围岩各测点的水平径向、水平切向以及垂直方向振速峰值误差都在±1cm/s以内,结果证明数值分析是可靠的。（2）通过对不同位置溶洞处的围岩进行动力响应分析,得出正上方、侧上方及正下方溶洞处的围岩振速、应力变化规律基本一致,其中最大合振速都远超过了控制标准值;同时爆源距离溶洞过近时,溶洞壁上围岩均有可能发生失稳破坏,建议提前采取注浆和加固措施。（3）探讨了不同开挖进尺、爆源距离、围岩等级情况下,爆破对正上方溶洞壁上围岩稳定性的... 

【文章来源】：重庆交通大学重庆市

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

施工过程中隧道内涌水不断

2前方溶洞未及时处理，继续采用爆破开挖，导致溶洞地段应力重分布，后续施工过程处理措施不及时，从而导致隧道塌陷，如下图1-2所示。图1-1施工过程中隧道内涌水不断图1-2云雾山地表塌陷形成大坑1.1.2研究意义从上述事例可以发现，在岩溶区修建隧道不仅影响了工程进度，严重的时候还威胁到现场人员的安全，在岩溶地带扰动过大会导致隧道内的衬砌、明洞坍塌，甚至对周边的河流、桥梁道路等设置造成巨大的破坏，因此研究岩溶区隧道爆破开挖对围岩的影响是隧道地下工程建设中必须面临的一项重大课题。

8第二章爆破振动理论与围岩损伤判定标准目前，山岭隧道最常用的开挖方式为爆破开挖和机械开挖，相比而言爆破开挖比机械开挖更快、效率更高。由于爆破本身具有高温高压的不良现象，作用时间极短，产生的巨大能量会对围岩产生一定负面影响，比如爆破诱发地震、对周围建筑物以及工程本身的安全耐久性产生不利影响[37-40]。所以为了避免这些不利影响，首先要了解爆破的破岩机理、应力波的传播形式、岩石爆破损伤准则等理论基础，为后文研究作铺垫。2.1隧道爆破破岩机理岩石作为一种不均匀的介质材料，爆破控制不好将产生不良后果。早在1960年以前，人们一直沿用的爆破破岩理论是LWSD的岩土力学理论，其认为炮孔装药的多少与围岩被炸损伤的范围是呈线性相关的；直到1960年以后，日本科学家日野熊雄的冲击波拉伸破坏原理，先后确立了爆破理论、应力波传播说、岩石和爆炸气体学说和压力学说；1980年后围岩破碎机理发展为断裂与损伤力学，确立了材料各向异性的岩石爆破机理，根据前人总结，爆破破岩主要分为以下三种学说：（1）气体压力作用学说该学说以静力学为基础，认为爆破是一种高温高压的变化过程，其爆破过程速度极快。炸药爆炸后，产生的高温高压气体会迅速作用在围岩炮孔壁上，使岩体内部各质点产生偏移，产生法向应力常一旦产生的压力大于岩石的抗拉强度，就会在岩体上产生缝隙，造成岩体的损伤。在隧道爆破时，当爆轰压力大到一定程度时，作用在岩壁上的压力就会使介质产生不同的应力，岩石就会发生剪切破坏，所以此学说认为爆破破岩的主要原因就是爆轰气体的压力，如下图2-1所示。图2-1气体破坏理论图2-2应力波反射拉断破坏理论示意图


本文编号：2986344