排烟横洞超近接上跨既有隧道爆破振动响应研究

发布时间：2020-07-02 06:16

【摘要】：本文以汶马高速超近接上跨赶羊沟隧道左线的排烟横洞爆破工程为研究背景,结合现场实际情况对排烟横洞爆破方案进行设计,再运用数值模拟的方法分别对两台阶法和三台阶法台阶爆破施工对既有隧道衬砌的振动响应进行分析,研究既有隧道衬砌质点振速、振动加速度、位移和应力等动态响应规律,为工程设计和施工提供理论依据与技术支持,以确保赶羊沟隧道左线衬砌安全和排烟横洞的顺利修建,并为今后其它类似超近接上跨隧道工程建设提供有利的参考。论文主要研究内容如下:(1)通过参考国内外类似的工程实例,并结合赶羊沟隧道排烟横洞施工具体情况,制定超近接上跨正洞隧道的排烟横洞爆破施工振动速度阈值为7.0cm/s的安全控制标准。(2)根据交叉段地质情况以及围岩力学特性,设计了两台阶法和三台阶法两组排烟横洞爆破施工方案(炮眼直径、炮眼深度、掏槽形式、单段药量等),三台阶法对下台阶进行预留,待上、中台阶施工贯通再对下台阶进行施工。(3)利用MIDAS/GTS软件对排烟横洞两台阶法上、下台阶爆破施工进行模拟计算,对爆破振动下既有隧道衬砌质点的速度、加速度、位移和应力进行分析,研究爆破地震波的传播规律。结果表明,两台阶法下台阶爆破时既有隧道衬砌振速峰值为7.97cm/s,超过了振动速度阈值。新建排烟横洞掌子面炸药爆炸后,其产生的爆破振动在既有衬砌拱顶处产生振动速度圈与振动加速度圈,圈内数值从里到外逐渐减小;随着爆破过程结束,最大振速范围和最大振动加速度范围向既有隧道前后两侧对称传播,衬砌振动影响范围逐渐增大,数值逐渐减小;爆破产生的应力波通过围岩向既有隧道衬砌传播,其应力值由围岩到衬砌逐渐减小,衬砌应力极值出现在拱顶处。(4)利用软件对三台阶法上、中、下台阶爆破施工进行模拟计算,并与两台阶法台阶爆破施工产生的爆破振动响应进行对比分析,研究下台阶的预留对爆破地震波传播的衰减作用。结果表明,三台阶法上、中、下台阶爆破时既有隧道结构均处于稳定状态,下台阶的预留有效的减小了中台阶爆破对既有隧道的影响。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.6
【图文】：

推力作用,气体产物

43]。尽管如此，国内外学者对岩体爆破作用机理的研究的三种学说在多种关于解释岩石爆破作用机理的理论和体压力作用学说（explosion gas failure theory）从静力学研究出发，认为爆轰气体的膨胀压力作用是造炸过程中会产生许多的气体，在高温的环境下，处于高，膨胀的气体会向四周产生极大的压力，使爆炸点周围下的压力作用必定会使岩石的质点向外进行径向移动，应力作用下会出现压缩变形，从而沿着切向方向伴随着应力所造成的拉伸变形。当衍生而成的拉应力大于岩石生成径向裂隙。压应力施加在岩石质点上时会出现径向造成质点位移也不同，从而在岩石中形成剪切应力。当会导致岩石产生剪切破坏。当介质破裂时，爆轰气体有着压应力作用下使破碎岩石沿径向朝外运动，形成飞散，如

示意图,破坏过程,拉应力,示意图

排烟横洞超近接上跨既有隧道爆破振动响应研究（2）应力波作用学说（stress wave ilure theory）该学说以爆破动力学为基础，认为应力波导致岩石出现破碎。当岩石中的炸药爆炸爆炸产生的冲击波向周围传播，冲击和压缩着药包四周的岩石，从而在岩石中生成波，其强度远远大于岩石自身的动抗压强度，从而导致四周岩石的破碎。当应力波粉碎圈继续向外传播时冲击波会很快被衰弱，它的强度将无法使岩石出现破碎，如.2（a）所示。当应力波到达自由面时，压缩应力波通过自由面反射成为拉伸应力波，自身的抗拉强度远远要小于其抗压强度，所以会导致岩石出现拉断。直到拉伸应力强度小于岩石的抗拉强度时才会停止，如图 2.2（b）所示。

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