新建地铁隧道施工爆破振动对既有隧道的影响及爆破参数优化
发布时间：2021-11-11 00:50
随着城市地铁线路数量的增多,许多新建地铁隧道需下穿既有隧道。当新建地铁隧道采用矿山法修建时,爆破振动会对既有隧道产生影响。由于隧道围岩内存在复杂的应力状态,开挖产生的爆破振动难以得到有效控制。因此,需要研究如何减少爆破振动对既有隧道结构的影响,保证既有隧道的正常运营。本文以深圳地铁6号线银湖站～八卦岭站矿山法施工区间隧道为工程背景,利用ANSYS/LS-DYNA分析新建隧道爆破施工对既有隧道的影响,并对爆破参数进行优化。具体研究内容如下:（1）以现场实际爆破参数为依据建立数值模型,通过对比模拟与实测的地表振动数据,对数值模型参数的准确性进行验证。（2）运用ANSYS/LS-DYNA模拟隧道开挖爆破振动对既有隧道的影响,分析既有隧道受爆破振动影响最不利的位置,同时判断既有隧道的爆破振速是否超过爆破安全控制标准,以及该爆破方案是否会影响既有隧道的安全运营。（3）针对现有爆破方案的不足,选取爆破进尺长度、微差延期时间、装药不耦合系数三个爆破参数,建立不同工况模型,分析不同爆破参数对爆破振动的影响,并对其进行优化,以降低爆破振动强度。（4）依据爆破参数优化结果,设计新的爆破参数,调整爆破施工方...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１研究技术路线??
?（４）现代爆破理论??现代爆破理论即裂隙岩体理论，起源于２０世纪８０年代，该理论建立在以工程地质??为理论基础的非连续介质力学上，认为在充满各种原生裂隙的岩体中，应力波不仅使岩??体在自由面处产生片落的现象，而且使岩体中原生裂隙扩大并促生出新的裂隙，在爆轰??气体到达裂隙处时，气体膨胀压力使得岩体碎块分离１５９１。目前，将岩体破碎分为三个作??用阶段己经得到广泛的认可，分别为冲击波径向压缩阶段、应力波反射拉伸阶段、爆轰??气体膨胀压阶段，三种岩石破坏形式均属于拉伸破坏。破坏形式如图２．１所示。??劃餐錄??ａ?冲击波压缩阶段?ｂ?应力波反射拉伸阶段?ｃ爆炸气体膨胀压阶段??（１、２、３均为压应力波，４．５为反射拉应力波）??图２．１爆炸过程中岩石的三个破坏阶段??１０??
?第二章岩石爆破理论及动力有限元原理???２．１．２爆炸应力波在岩石介质中的形成原理与传播特性??炸药在岩石内部爆炸急速产生爆炸冲击波，其传播速度可高达每秒数千米，然后以??爆源为中心向外传递，这种波也就是应力波。由于岩石节理裂隙众多，应力波在岩石中??传播会发生反射、折射和绕射等现象，因此应力波在岩体中的传播与衰减规律具有多样??性。??在城市地铁隧道的爆破施工过程中，为分析爆破作用对邻近既有隧道的影响，需要??充分了解爆炸应力波在岩石中的传播与衰减规律。在药包爆炸的瞬间产生爆炸冲击波，??冲击波在压缩和破坏岩石的过程中，消耗了大量能量，粉碎岩石的能力大大减弱，冲击??波衰减成应力波。应力波的作用效果比冲击波差，不足以压缩破坏岩石，但其会使岩石??产生切应变与拉伸破坏。应力波在岩石中能量损耗程度比冲击波小，其作用范围比冲击??波广。应力波传播时慢慢衰减，最后变成爆破地震波。衰减过程如图２．２所示（图中Ｒ??为药包直径）。??冲击波??丄」－Ｌ??３－７Ｒ?８－１５０Ｒ?１５０－４００Ｒ??图２．２应力波的衰减??应力波传播过程中，冲击波的传播速度与传播距离之间的关系可由经验公式［６Ｇ１得到：??Ｖ＝Ｖ０－Ｂ（Ｒ－ｌ）?（２．１）??根据式２．１可以计算出爆破冲击波的影响距离：??（２．２）??尺ｂ??丨，（１?＋?Ｙ）?（２．３）??式中匕表示冲击波的初始传播速度；Ｚ？为波的衰减系数；／《为传播距离；＆为爆破??冲击波的影响距离。??ＩＩ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]青岛地区地铁隧道爆破施工影响范围研究[J]. 苑绍东,杨林,黄舰. 现代隧道技术. 2018(03)
[2]隧道爆破水介质轴向不耦合装药振动规律三维数值模拟研究[J]. 王立川,张学民,马明正,陈俊波,黄勤伟,韩增增,许召强. 现代隧道技术. 2018(02)
[3]城市轨道交通2016年统计和分析[J]. 侯秀芳,左超,李楠. 都市快轨交通. 2017(03)
[4]隧道近距下穿老旧建筑物爆破振动监测及减振技术研究[J]. 曹杨,王旭春,余志伟,于云龙,李伟. 施工技术. 2017(11)
[5]特大型岩溶地段隧道爆破数值模拟研究[J]. 王少辉,蒋冲,沙策,陈骅伟,陈兆. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[6]断层隧道爆破开挖的动力响应分析[J]. 凌同华,曹峰,李洁. 现代隧道技术. 2016(02)
[7]考虑路面不平整度因素的车路耦合振动模型的建立[J]. 许海亮,袁勇,屈铁军,唐浚然. 振动与冲击. 2014(19)
[8]地铁隧道钻爆法施工影响下混凝土结构损伤预测方法研究[J]. 孟丹,朱崇钊. 振动与冲击. 2014(04)
[9]基于HHT方法的煤矿巷道掘进爆破地震波信号分析[J]. 宗琦,汪海波,徐颖,傅菊根. 振动与冲击. 2013(15)
[10]自由面数量对爆破地震波时频特性影响分析[J]. 池恩安,赵明生,梁开水,康强,魏兴. 爆破. 2013(02)
博士论文
[1]下穿机场跑道隧道爆破动力效应及控制[D]. 胡守云.中国地质大学 2018
[2]层状围岩小净距隧道掘进爆破振动效应及围岩稳定性研究[D]. 石洪超.西南交通大学 2017
[3]浅埋连拱隧道开挖爆破动力响应特征及减振技术研究[D]. 邹新宽.西南交通大学 2016
[4]中国城市化进程中的城市病研究[D]. 任成好.辽宁大学 2016
[5]爆破地震波的产生及衰减机制[D]. 金旭浩.武汉大学 2013
[6]浅埋偏压隧道围岩压力与开挖进尺优化的极限分析方法[D]. 王立川.中南大学 2011
[7]基于能量原理的爆破地震效应研究[D]. 李洪涛.武汉大学 2007
[8]浅埋隧道爆破的地表震动效应研究[D]. 曹孝君.西南交通大学 2006
[9]爆破震动效应及其灾害的主动控制[D]. 凌同华.中南大学 2004
硕士论文
[1]新林隧道光面爆破参数优化研究及工程应用[D]. 杨跃宗.西安建筑科技大学 2018
[2]多级楔形掏槽微振动爆破控制技术[D]. 何闯.山东科技大学 2017
[3]明挖法下地铁施工风险管理研究[D]. 傅昊.河北工程大学 2016
[4]地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[D]. 蔡正.中国矿业大学 2016
[5]锚碇隧道开挖爆破的动力响应特性及控制技术研究[D]. 李鹏川.西南交通大学 2016
[6]城市矿山法隧道防排水问题研究[D]. 程天健.西南交通大学 2014
[7]傍山隧道施工爆破震动效应与测试技术研究[D]. 宋杰.中南大学 2013
[8]我国城市化进程中交通拥堵问题及治理措施[D]. 胡艳.湖南师范大学 2012
本文编号：3488279
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１研究技术路线??
?（４）现代爆破理论??现代爆破理论即裂隙岩体理论，起源于２０世纪８０年代，该理论建立在以工程地质??为理论基础的非连续介质力学上，认为在充满各种原生裂隙的岩体中，应力波不仅使岩??体在自由面处产生片落的现象，而且使岩体中原生裂隙扩大并促生出新的裂隙，在爆轰??气体到达裂隙处时，气体膨胀压力使得岩体碎块分离１５９１。目前，将岩体破碎分为三个作??用阶段己经得到广泛的认可，分别为冲击波径向压缩阶段、应力波反射拉伸阶段、爆轰??气体膨胀压阶段，三种岩石破坏形式均属于拉伸破坏。破坏形式如图２．１所示。??劃餐錄??ａ?冲击波压缩阶段?ｂ?应力波反射拉伸阶段?ｃ爆炸气体膨胀压阶段??（１、２、３均为压应力波，４．５为反射拉应力波）??图２．１爆炸过程中岩石的三个破坏阶段??１０??
?第二章岩石爆破理论及动力有限元原理???２．１．２爆炸应力波在岩石介质中的形成原理与传播特性??炸药在岩石内部爆炸急速产生爆炸冲击波，其传播速度可高达每秒数千米，然后以??爆源为中心向外传递，这种波也就是应力波。由于岩石节理裂隙众多，应力波在岩石中??传播会发生反射、折射和绕射等现象，因此应力波在岩体中的传播与衰减规律具有多样??性。??在城市地铁隧道的爆破施工过程中，为分析爆破作用对邻近既有隧道的影响，需要??充分了解爆炸应力波在岩石中的传播与衰减规律。在药包爆炸的瞬间产生爆炸冲击波，??冲击波在压缩和破坏岩石的过程中，消耗了大量能量，粉碎岩石的能力大大减弱，冲击??波衰减成应力波。应力波的作用效果比冲击波差，不足以压缩破坏岩石，但其会使岩石??产生切应变与拉伸破坏。应力波在岩石中能量损耗程度比冲击波小，其作用范围比冲击??波广。应力波传播时慢慢衰减，最后变成爆破地震波。衰减过程如图２．２所示（图中Ｒ??为药包直径）。??冲击波??丄」－Ｌ??３－７Ｒ?８－１５０Ｒ?１５０－４００Ｒ??图２．２应力波的衰减??应力波传播过程中，冲击波的传播速度与传播距离之间的关系可由经验公式［６Ｇ１得到：??Ｖ＝Ｖ０－Ｂ（Ｒ－ｌ）?（２．１）??根据式２．１可以计算出爆破冲击波的影响距离：??（２．２）??尺ｂ??丨，（１?＋?Ｙ）?（２．３）??式中匕表示冲击波的初始传播速度；Ｚ？为波的衰减系数；／《为传播距离；＆为爆破??冲击波的影响距离。??ＩＩ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]青岛地区地铁隧道爆破施工影响范围研究[J]. 苑绍东,杨林,黄舰. 现代隧道技术. 2018(03)
[2]隧道爆破水介质轴向不耦合装药振动规律三维数值模拟研究[J]. 王立川,张学民,马明正,陈俊波,黄勤伟,韩增增,许召强. 现代隧道技术. 2018(02)
[3]城市轨道交通2016年统计和分析[J]. 侯秀芳,左超,李楠. 都市快轨交通. 2017(03)
[4]隧道近距下穿老旧建筑物爆破振动监测及减振技术研究[J]. 曹杨,王旭春,余志伟,于云龙,李伟. 施工技术. 2017(11)
[5]特大型岩溶地段隧道爆破数值模拟研究[J]. 王少辉,蒋冲,沙策,陈骅伟,陈兆. 地下空间与工程学报. 2017(S1)
[6]断层隧道爆破开挖的动力响应分析[J]. 凌同华,曹峰,李洁. 现代隧道技术. 2016(02)
[7]考虑路面不平整度因素的车路耦合振动模型的建立[J]. 许海亮,袁勇,屈铁军,唐浚然. 振动与冲击. 2014(19)
[8]地铁隧道钻爆法施工影响下混凝土结构损伤预测方法研究[J]. 孟丹,朱崇钊. 振动与冲击. 2014(04)
[9]基于HHT方法的煤矿巷道掘进爆破地震波信号分析[J]. 宗琦,汪海波,徐颖,傅菊根. 振动与冲击. 2013(15)
[10]自由面数量对爆破地震波时频特性影响分析[J]. 池恩安,赵明生,梁开水,康强,魏兴. 爆破. 2013(02)
博士论文
[1]下穿机场跑道隧道爆破动力效应及控制[D]. 胡守云.中国地质大学 2018
[2]层状围岩小净距隧道掘进爆破振动效应及围岩稳定性研究[D]. 石洪超.西南交通大学 2017
[3]浅埋连拱隧道开挖爆破动力响应特征及减振技术研究[D]. 邹新宽.西南交通大学 2016
[4]中国城市化进程中的城市病研究[D]. 任成好.辽宁大学 2016
[5]爆破地震波的产生及衰减机制[D]. 金旭浩.武汉大学 2013
[6]浅埋偏压隧道围岩压力与开挖进尺优化的极限分析方法[D]. 王立川.中南大学 2011
[7]基于能量原理的爆破地震效应研究[D]. 李洪涛.武汉大学 2007
[8]浅埋隧道爆破的地表震动效应研究[D]. 曹孝君.西南交通大学 2006
[9]爆破震动效应及其灾害的主动控制[D]. 凌同华.中南大学 2004
硕士论文
[1]新林隧道光面爆破参数优化研究及工程应用[D]. 杨跃宗.西安建筑科技大学 2018
[2]多级楔形掏槽微振动爆破控制技术[D]. 何闯.山东科技大学 2017
[3]明挖法下地铁施工风险管理研究[D]. 傅昊.河北工程大学 2016
[4]地铁隧道盾构法施工安全风险管理研究[D]. 蔡正.中国矿业大学 2016
[5]锚碇隧道开挖爆破的动力响应特性及控制技术研究[D]. 李鹏川.西南交通大学 2016
[6]城市矿山法隧道防排水问题研究[D]. 程天健.西南交通大学 2014
[7]傍山隧道施工爆破震动效应与测试技术研究[D]. 宋杰.中南大学 2013
[8]我国城市化进程中交通拥堵问题及治理措施[D]. 胡艳.湖南师范大学 2012
本文编号：3488279
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