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

发布时间：2017-06-08 19:17

  本文关键词：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，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,我国西部地区基础设施建设速度明显加快。西部地区的地形地貌限制给公路、铁路的选线带来困难,不可避免会出现大量新建隧道与既有交通线复杂交叉的情况。在中国,95%的山岭隧道采用钻爆法施工。爆破施工,尤其当爆破装药量大、围岩条件差以及既有建筑物比较重要时,引起的爆破震动效应问题不可忽视,对爆破振动的控制要求更为严格。因此,研究新建隧道爆破施工引起既有交通线的动力响应规律及其控制措施,具有十分重要的意义。本文以新嘎拉山公路隧道近接既有嘎拉山隧道为背景,通过数值模拟和现场测试等方法,较为系统深入地研究了新建隧道爆破施工对依托工程的影响及其控制措施。本文主要研究内容和成果如下：1)总结了目前国内外学者研究隧道爆破动力响应所取得的理论研究成果以及积累的工程实践经验,对国内外爆破安全的控制标准进行了对比,就振动速度作为爆破振动安全判据的合理性进行了探讨。2)详细介绍了LS-DYNA处理高速碰撞、爆炸等复杂动力学问题的优势,并描述了流固耦合算法进行隧道爆破模拟的分析过程,建立了与实际工程相应的三维有限元模型,对不同围岩地段爆破方案进行了数值模拟。得到了不同爆破方案下既有隧道二次衬砌上的振速峰值,并与现场爆破振动测试结果进行了对比。为确保施工安全,调整爆破方案提供一定的依据。3)通过数值模拟得到了爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌和新建隧道初期支护上的振速分布规律,最大振速时程曲线以及位移变化云图；进一步模拟了不同装药量和净距等条件下引起既有隧道二次衬砌上的最大振速。4)模拟了新建隧道采用不同毫秒间隔延时爆破引起既有隧道二次衬砌的动力响应。得到了不同微差间隔时间下二次衬砌上的最大振速时程曲线,结果证明当药包起爆间隔大于某一定值后,能够在时间上错开不同药包爆破引起的振速峰值,从而起到良好的减震效果。
【关键词】：既有隧道 动力响应 微差爆破 振速峰值 LS-DYNA
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.6
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 研究内容及技术路线14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 研究路线15-16
• 1.4 依托工程概况16-19
• 1.4.1 工程地质条件17
• 1.4.2 水文地质及气象17-18
• 1.4.3 不良地质及特殊冻土18-19
• 第2章 新建隧道爆破施工对既有隧道的影响19-28
• 2.1 爆破地震波的产生及传播特性19-23
• 2.1.1 爆破地震波的产生及波动方程19-21
• 2.1.2 爆破地震波传播特性21-23
• 2.2 新建隧道爆破施工引起既有隧道的振动效应23-26
• 2.2.1 隧道爆破振动波形特征分析23-24
• 2.2.2 爆破地震波对既有隧道的影响24
• 2.2.3 隧道爆破振动安全判据探讨24-26
• 2.2.4 隧道支护结构动力响应的研究方法26
• 2.3 小结26-28
• 第3章 新建隧道爆破施工数值模拟及振动监测28-47
• 3.1 隧道爆破动力响应数值模拟28-36
• 3.1.1 ANSYS/LS-DYNA在爆破振动分析中的应用28-29
• 3.1.2 模型建立及材料参数选取29-33
• 3.1.3 无反射边界33
• 3.1.4 爆炸算法33-34
• 3.1.5 人工体积粘性及沙漏控制34-35
• 3.1.6 隧道爆破模拟一般性过程35-36
• 3.2 现场爆破振动测试方案36-38
• 3.2.1 爆破振动测试目的36
• 3.2.2 测试仪器36-37
• 3.2.3 测点布置37-38
• 3.3 现场爆破振动测试与数值模拟结果对比38-46
• 3.3.1 新嘎拉山隧道爆破方案38-40
• 3.3.2 新嘎拉山隧道爆破方案数值模拟40-44
• 3.3.3 现场爆破振动测试结果44-46
• 3.4 小结46-47
• 第4章 爆破荷载作用下支护结构动力响应规律研究47-66
• 4.1 引言47
• 4.2 既有隧道二次衬砌动力响应规律47-59
• 4.2.1 既有隧道二衬振速云图47-54
• 4.2.2 既有隧道二衬位移云图54-57
• 4.2.3 不同净距和装药量时既有隧道最大振速曲线57-59
• 4.3 爆破作用下新建隧道初期支护的动力响应规律59-64
• 4.3.1 喷射混凝土的安全允许振速59-60
• 4.3.2 新建隧道初期支护上的综合振速及综合位移云图60-62
• 4.3.3 新建隧道初期支护振速时程曲线62-64
• 4.4 小结64-66
• 第5章 基于最佳减震效果的微差间隔研究66-77
• 5.1 引言66
• 5.2 微差爆破控制技术66-68
• 5.2.1 微差爆破减震作用机理66
• 5.2.2 微差间隔时间确定方法66-68
• 5.3 不同微差间隔时间对既有隧道动力响应规律的影响68-76
• 5.3.1 不同微差间隔时间下既有隧道最大振速时程曲线68-71
• 5.3.2 不同微差间隔时间下既有隧道最大综合振速时程曲线71-73
• 5.3.3 合理微差间隔时间的探讨73-76
• 5.4 小结76-77
• 结论与展望77-79
• 结论77-78
• 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83

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