地铁隧道全断面开挖光面爆破技术应用研究

发布时间：2020-04-06 10:56

【摘要】：钻爆法作为一种快速、经济的掘进方法被广泛运用于各种隧道的施工作业中,但是钻爆法施工过程中强烈的爆破荷载难免会对隧道的围岩造成损伤,如何在施工过程中控制爆破作用对围岩造成的损伤程度,使隧道开挖后围岩的稳定性满足工程要求是提高隧道施工质量的关键问题。围岩的损伤是影响隧道稳定性的重要因素之一,对爆破后围岩的损伤研究可以为爆破方案的设计提供可靠的依据,合理的爆破方案不仅可以控制爆破荷载对围岩造成的损伤程度,而且在施工安全性、经济性和效率上都有很大的提升。本论文以广州地铁21号线科苏区间隧道为工程背景,通过现场试验、理论分析和数值模拟多种方法对爆破荷载作用下岩石的损伤范围进行了分析。现场在常规爆破方案与光面爆破方案两种方案下进行了多次爆破试验以及声波测试,试验结果表明:光面爆破方案爆破后,隧道壁面平整,无明显的超欠挖现象,爆破效果优于常规爆破方案;光面爆破后隧道左洞损伤范围为39.0cm,右洞损伤范围为45.5cm,相比于常规爆破方案的损伤范围较小,且常规爆破方案爆破后围岩的损伤度约为光面爆破的1.51~1.69倍。基于原有破裂区半径计算公式,对周边孔空气间隔装药时孔壁压力进行计算,得到应力波作用产生的裂隙区半径计算公式;同时考虑裂缝在爆生气体作用下的二次扩展,得到周边孔爆破作用围岩的损伤范围理论计算公式。利用LS-DYNA进行空气间隔装药爆炸数值模拟,通过改变轴向不耦合系数发现:炮孔壁压力峰值随着轴向不耦合系数的增加而减小,损伤范围也随之减小,可见轴向不耦合系数对周边孔爆破后产生的损伤范围有着重要的影响,实际施工中轴向不耦合系数取值4.0,爆破后效果较好。因此,本文的研究对爆破参数的设计有着重要的参考价值。
【图文】：

曲线,苏区,平面示意图

为后期开展支护等工作带来极大的便利，加快工程进度。本章通过参数设计现场试验对隧道常规爆破方案进行改进得到光面爆破方案。2.1 工程背景介绍2.1.1 工程概况广州地铁21号线是广州地铁规划线路中重要线路之一，整条线路大致呈东西走向，1 号线将加强东部新城、萝岗区、增城区与中心区的快速联系，带动沿线的经济发展，该城市的“东进”战略提供有效支持。科学广场站～苏元站区间西起于科学广场站，至苏元站。区间出科学广场站后，下穿科学广场，线路沿东南方向进入到开泰大道、沿东北方向到达苏元站，线路线间距约 14.0～17.0m，左线线路包含 2 个曲线，曲率径为 615m、634m ，右线线路包含 2 个曲线，曲率半径为 615m、653m。区间左线隧起讫里程范围为 ZDK14+452.000～ZDK16+640.700(其中短链 16.984m)，左线隧道长171.716m ；右线隧道起讫里程范围为 YDK14+452.000 ～ YDK16+640.700( 其中短链.0m)，右线隧道长 2187.7m。该区间隧道将穿越硬岩段，故采用矿山法+盾构空推施工。苏区间隧道平面示意图如图 2-1 所示，隧道风井处洞门如图 2-2 所示。

序列,苏区,隧道风

图 2-2 科苏区间隧道风井洞口图科苏区间隧道工程地质条件学广场站至苏元站区间位于广从断裂以东、瘦狗岭断裂以北构造区，该构西向增城凸起的西部，主体构造是东西走向，由早古生代变质岩中的东西麻理及其一系列不对称褶皱，东西向的瘦狗岭断裂以及控制罗岗序列花岗西向构造带所组成。间隧道主要穿越全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩，部分穿越中强风化带岩石呈黄褐色、棕红色，岩石风化程度高，岩石内部结构遭到钻孔揭露岩芯呈半岩半土状，底部夹较多中风化岩块，浸水易软化崩解；石呈灰色和浅肉红色，岩石内部结构部分发生破坏，岩石内部矿物大多已变结构，块状构造，主要矿物成分为石英、长石、角闪石等，节理裂隙发育岩芯呈扁柱～短柱状，局部碎块状，锤击声不清脆，RQD 约为 10%～40%；石呈现出灰色、灰白色和浅肉红色三种颜色，，原岩组织结构基本未变，中局部为细粒花岗岩脉，块状构造，主要矿物成分为长石、石英、角闪石，
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.6;U231.3

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