新建隧道施工爆破对邻近既有隧道安全影响研究
发布时间：2022-02-12 10:29
钻爆法开挖具有高效经济的特点在隧道开挖等工程中得到广泛应用,但其引起的振动问题同样不可忽视,爆破振动信号反映了受振质点在炸药爆炸后的振动特性,是判据爆破振动对构筑物影响的重要资料。通过信号分析技术对现场实测监控数据的分析与数值模拟相结合,能够更充分的了解和研究所在爆破场地的振动效应,评价爆破方案与爆破参数的适用性,为合理爆破施工提供参考依据,达到在不影响爆破效果的情况下将爆破振动对周边构筑物的影响降到最低的目的。本文以工程实测为基础,采用HHT信号分析技术对不同围岩施工爆破的振动信号分析其频谱特性,以及通过瞬时能量谱精准识别毫秒延迟不同段位的起爆时间,用ANSYS-LS-DYNA模拟了相同药量下两种围岩爆破对既有隧道不同质点的振动速度影响。主要工作与成果如下:（1）通过统计在Ⅲ围岩全断面施工与Ⅳ围岩上下台阶法施工的爆破振动信号,质点的最大峰值速度在径向,质点的振速峰值基本取决第一段单响最大爆破药量,分析原因为该段位爆炸时掏槽孔较深,单孔装药量大且爆破临空面较后续段位少。（2）用HHT分析Ⅲ与Ⅳ围岩爆破时的振动信号的三维联合时频谱、瞬时能量谱与希尔伯特谱,对于多段位毫秒延迟爆破,在ms-...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
桂林理工大学硕士学位论文8第二章爆破振动波传播特性2.1爆破振动波基本理论2.1.1岩石的爆破理论炸药爆炸是一个高能转化释放、传递做功的过程[41]。在这个过程中，岩石受力情况非常复杂且历时短暂，为正确地解释岩石爆破破碎机理广大学者做了很多年的努力，仍没有完整全面的解释，一般可以概括为以下三大假说：（1）爆生气体膨胀作用理论该理论从静力学的观点出发，认为炸药爆炸时产生的高压膨胀气体作用于周围介质，由于岩石的抗拉强度低，爆破膨胀气体在岩石周围产生应力场，当应力达到岩石的极限抗拉强度是岩石会产生拉裂缝破坏[42]，该理论以静力学的观点认为爆破过程为岩石拉剪切破坏。但由于爆破是一个瞬态释放能量的过程，在爆炸的瞬间产生巨大的动能，该观点忽视了爆生气体的动力特性，仅具有参考价值。（2）爆炸应力波反射拉伸作用理论该理论从动力学观点出发[43]，认为爆破时岩石主要破坏分为两个主要阶段，第一个阶段为岩在爆破瞬间被爆生能量压碎过程，爆炸瞬间产生的压缩波使岩体达到屈服强度而破环，然后应力波通过这个粉碎区，此时应力压缩波能量衰减到不能直接粉碎周围岩石，但其达到自由面后会反射形成拉伸应力波，此时这些拉伸应力波强度虽然很低但是由于岩体抗拉强度低仍然能够拉断岩体。形成过程如图所示：阶段1阶段2图2.1爆炸应力波反射拉伸作用过程（3）爆生气体和应力波共同作用理论该理论认为爆破岩体的破环是动力与静力作用的共同结果[44]，振动传播过程
鲎仓惺头啪薮蟮哪芰浚?通常在几十微秒，有些甚至只要几毫秒，在这一瞬间能量释放产生高温、高压，能量转变为气体压缩能，然后气体迅速膨胀转变为机械能，在这过程中产生巨大的冲击波，使岩石等介质产生裂缝破环，冲击波与气体的膨胀则使这些裂缝扩大，爆轰产物并自炸药中心向各个方向抛掷。这过程也伴随能量的衰减，其中一部分能量对周围介质产生扰动而另一部分能量则以波动形式向外传播[45]。一般认为[46-48]在这过程分为三种波，首先是炸药爆破瞬间产生冲击波，随后衰减为应力波，在进一步衰减为振动波，其衰减的过程如下图2.1所示。下图为爆破振动波的形成过程。图2.1爆破振动波形成过程2.1.3爆破振动波分类不同类型的振动波引起质点的振动形式不一样，爆破振动波一般分为在介质内部传播的体波与在介质表面传播的面波[49]，其具体分类形式如下图2.2所示，对地震波分为两个大类，四个小类，其中体波的主要表现为能引起质点的拉伸与压缩变形，而横波主要在垂直于波的方向做剪切运动，引起质点的剪切变形，两者在介质中的传播速度和周期以及振幅大小等都有区别，其中纵波的传播速度最快，因此在爆破测振时首先达到的可能是纵波[50]。体波在经过自由面传播过程会反射叠加形成面波。面波主要分为与做水平剪切运动的勒夫波与做椭圆运动的瑞丽波，在隧道施工爆破过程中，体波是造成岩石破裂的主要能量，而面波是造成爆破地震破环的主要原因，在距离较短时，三种波（P波、S波、R波）几乎同时达到测点，因而很难区分波的类型。地震波的分类如图2.2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆破振动主振频带随传播距离的变化规律研究[J]. 陈冠,李启月,李易. 矿冶工程. 2018(02)
[2]基于HHT方法的露天矿山爆破振动信号分析[J]. 冀楷欣,张世平. 煤矿安全. 2016(03)
[3]《爆破安全规程》（GB 6722—2014）已发布[J]. 宋文峰,何平成. 工程爆破. 2015(01)
[4]岩质边坡爆破振动速度高程效应[J]. 蒋楠,周传波,平雯,徐星,路世伟. 中南大学学报(自然科学版). 2014(01)
[5]Hilbert-Huang变换与宽频带爆破信号的时频分析[J]. 王卫东,郑怡,张永志,赵云峰. 地震研究. 2013(01)
[6]铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据[J]. 蒋楠,周传波,罗钢,苗高建. 中南大学学报(自然科学版). 2012(07)
[7]段数对爆破振动信号的时频特性影响分析[J]. 赵明生,梁开水,余德运,任少峰. 煤炭学报. 2012(01)
[8]岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究[J]. 陈明,卢文波,李鹏,刘美山,周创兵,赵根. 岩石力学与工程学报. 2011(11)
[9]最优小波包基算法在爆破振动信号去噪中的应用[J]. 夏晨曦,杨军,李顺波,陈大勇. 爆破. 2011(03)
[10]反映高程放大效应的爆破振动公式研究[J]. 唐海,李海波. 岩土力学. 2011(03)
博士论文
[1]公路隧道健康状态诊断方法及系统的研究[D]. 罗鑫.同济大学 2007
[2]爆破震动信号的HHT分析与应用研究[D]. 张义平.中南大学 2006
硕士论文
[1]新建隧道爆破施工引起既有隧道动力响应及控制技术研究[D]. 鲜一丁.西南交通大学 2016
[2]基于强度折减法的既有隧道安全度研究[D]. 卢锋.西南交通大学 2014
[3]地震波阻抗反演及在川西海相储层预测中的应用研究[D]. 胡美兰.成都理工大学 2014
[4]地震动信号的识别与定位研究[D]. 权希龙.安徽大学 2010
[5]城市隧道掘进爆破数值模拟及震动效应控制研究[D]. 李付胜.重庆大学 2008
[6]地震波属性可靠性研究[D]. 胡建.大庆石油学院 2004
本文编号：3621554
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
桂林理工大学硕士学位论文8第二章爆破振动波传播特性2.1爆破振动波基本理论2.1.1岩石的爆破理论炸药爆炸是一个高能转化释放、传递做功的过程[41]。在这个过程中，岩石受力情况非常复杂且历时短暂，为正确地解释岩石爆破破碎机理广大学者做了很多年的努力，仍没有完整全面的解释，一般可以概括为以下三大假说：（1）爆生气体膨胀作用理论该理论从静力学的观点出发，认为炸药爆炸时产生的高压膨胀气体作用于周围介质，由于岩石的抗拉强度低，爆破膨胀气体在岩石周围产生应力场，当应力达到岩石的极限抗拉强度是岩石会产生拉裂缝破坏[42]，该理论以静力学的观点认为爆破过程为岩石拉剪切破坏。但由于爆破是一个瞬态释放能量的过程，在爆炸的瞬间产生巨大的动能，该观点忽视了爆生气体的动力特性，仅具有参考价值。（2）爆炸应力波反射拉伸作用理论该理论从动力学观点出发[43]，认为爆破时岩石主要破坏分为两个主要阶段，第一个阶段为岩在爆破瞬间被爆生能量压碎过程，爆炸瞬间产生的压缩波使岩体达到屈服强度而破环，然后应力波通过这个粉碎区，此时应力压缩波能量衰减到不能直接粉碎周围岩石，但其达到自由面后会反射形成拉伸应力波，此时这些拉伸应力波强度虽然很低但是由于岩体抗拉强度低仍然能够拉断岩体。形成过程如图所示：阶段1阶段2图2.1爆炸应力波反射拉伸作用过程（3）爆生气体和应力波共同作用理论该理论认为爆破岩体的破环是动力与静力作用的共同结果[44]，振动传播过程
鲎仓惺头啪薮蟮哪芰浚?通常在几十微秒，有些甚至只要几毫秒，在这一瞬间能量释放产生高温、高压，能量转变为气体压缩能，然后气体迅速膨胀转变为机械能，在这过程中产生巨大的冲击波，使岩石等介质产生裂缝破环，冲击波与气体的膨胀则使这些裂缝扩大，爆轰产物并自炸药中心向各个方向抛掷。这过程也伴随能量的衰减，其中一部分能量对周围介质产生扰动而另一部分能量则以波动形式向外传播[45]。一般认为[46-48]在这过程分为三种波，首先是炸药爆破瞬间产生冲击波，随后衰减为应力波，在进一步衰减为振动波，其衰减的过程如下图2.1所示。下图为爆破振动波的形成过程。图2.1爆破振动波形成过程2.1.3爆破振动波分类不同类型的振动波引起质点的振动形式不一样，爆破振动波一般分为在介质内部传播的体波与在介质表面传播的面波[49]，其具体分类形式如下图2.2所示，对地震波分为两个大类，四个小类，其中体波的主要表现为能引起质点的拉伸与压缩变形，而横波主要在垂直于波的方向做剪切运动，引起质点的剪切变形，两者在介质中的传播速度和周期以及振幅大小等都有区别，其中纵波的传播速度最快，因此在爆破测振时首先达到的可能是纵波[50]。体波在经过自由面传播过程会反射叠加形成面波。面波主要分为与做水平剪切运动的勒夫波与做椭圆运动的瑞丽波，在隧道施工爆破过程中，体波是造成岩石破裂的主要能量，而面波是造成爆破地震破环的主要原因，在距离较短时，三种波（P波、S波、R波）几乎同时达到测点，因而很难区分波的类型。地震波的分类如图2.2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆破振动主振频带随传播距离的变化规律研究[J]. 陈冠,李启月,李易. 矿冶工程. 2018(02)
[2]基于HHT方法的露天矿山爆破振动信号分析[J]. 冀楷欣,张世平. 煤矿安全. 2016(03)
[3]《爆破安全规程》（GB 6722—2014）已发布[J]. 宋文峰,何平成. 工程爆破. 2015(01)
[4]岩质边坡爆破振动速度高程效应[J]. 蒋楠,周传波,平雯,徐星,路世伟. 中南大学学报(自然科学版). 2014(01)
[5]Hilbert-Huang变换与宽频带爆破信号的时频分析[J]. 王卫东,郑怡,张永志,赵云峰. 地震研究. 2013(01)
[6]铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据[J]. 蒋楠,周传波,罗钢,苗高建. 中南大学学报(自然科学版). 2012(07)
[7]段数对爆破振动信号的时频特性影响分析[J]. 赵明生,梁开水,余德运,任少峰. 煤炭学报. 2012(01)
[8]岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究[J]. 陈明,卢文波,李鹏,刘美山,周创兵,赵根. 岩石力学与工程学报. 2011(11)
[9]最优小波包基算法在爆破振动信号去噪中的应用[J]. 夏晨曦,杨军,李顺波,陈大勇. 爆破. 2011(03)
[10]反映高程放大效应的爆破振动公式研究[J]. 唐海,李海波. 岩土力学. 2011(03)
博士论文
[1]公路隧道健康状态诊断方法及系统的研究[D]. 罗鑫.同济大学 2007
[2]爆破震动信号的HHT分析与应用研究[D]. 张义平.中南大学 2006
硕士论文
[1]新建隧道爆破施工引起既有隧道动力响应及控制技术研究[D]. 鲜一丁.西南交通大学 2016
[2]基于强度折减法的既有隧道安全度研究[D]. 卢锋.西南交通大学 2014
[3]地震波阻抗反演及在川西海相储层预测中的应用研究[D]. 胡美兰.成都理工大学 2014
[4]地震动信号的识别与定位研究[D]. 权希龙.安徽大学 2010
[5]城市隧道掘进爆破数值模拟及震动效应控制研究[D]. 李付胜.重庆大学 2008
[6]地震波属性可靠性研究[D]. 胡建.大庆石油学院 2004
本文编号：3621554
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3621554.html
