地铁隧道爆破电子雷管降振延时时间的分析与确定

发布时间：2017-08-12 09:15

  本文关键词：地铁隧道爆破电子雷管降振延时时间的分析与确定

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【摘要】：随着我国城市轨道交通事业的蓬勃发展,下穿城市敏感区的隧道工程越来越多,爆破仍然是硬岩隧道最有效、最经济的开挖方式,然而爆破引起的强烈地震动对周边建筑和设施造成严重的威胁。关于如何预测和控制爆破振动,实现爆破全过程的主动控制,减小爆破作业对环境的影响,已成为城镇隧道爆破施工亟待解决的重大难题。实践表明,应用电子雷管爆破可以有效降低爆破振动,且延期时间选择得当,还可以实现干扰降振效果,进一步提升降振空间。本文基于大量工程试验和振动监测数据,详细分析了爆破延时效应对振动的影响,并结合理论分析和数值模拟研究,确定电子雷管最佳延时的方法。由经典波动学的理论可知,电子雷管实现干扰降振的机理源于弹性波的叠加原理和干涉现象,电子雷管延时时间与主振周期密切相关,有效延时区间为[T/3,2T/3]。北京地铁16号线隧道爆破试验中确定单孔波形的主振周期为14ms,降振延时范围为5～9ms。进行了孔间延时分别为5-9ms的群孔爆破试验,结果表明7ms的延时降振效果最优,叠加后的波形分布比较均匀,振动表现为高频低幅状态,为最佳的延时时间。利用LS-DYNA模拟了两个炮孔不同延时起爆过程,随着延时时间的增加,振速峰值先是明显较小,而后起伏变化,最后趋于稳定值。基于单孔振动波形预测不同延时的多孔振动波形,分析发现,振动最大值随延时的变化规律与数值模拟的结果一致,延时为7ms时,振动降为最低,且与实测的振动波形相似度很高。基于HHT法的爆破振动瞬时能量图和爆破振动曲线具有很好的一致性,可以快速地识别爆破振动峰值出现的位置,做出调整延时的应对措施。对不同延时的爆破振动信号进行时频分析,得到延时时间为7ms时,主频大于50HZ,50HZ以上的频带能量占比接近50%,利于对周边建筑物的保护。本文研究在前人总结的干扰降振机理上,立足于科学的工程试验,运用数值模拟方法和HHT信号处理方法,分别研究了电子雷管的延时时间对爆破振动波形振幅和频率的影响规律,从而确定电子雷管实现干扰降振最佳的延时时间,为爆破振动主动控制技术的提高做出一点贡献。
【关键词】：电子雷管 干扰降振 延时时间 数值模拟 频谱分析
【学位授予单位】：中国铁道科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U231.3;U455.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 研究背景和研究意义12-13
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究目的及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 电子雷管精确延时爆破技术13-15
• 1.2.2 毫秒延时爆破理论15-16
• 1.2.3 电子雷管延期时间研究现状16-20
• 1.3 研究内容20-21
• 2 电子雷管干扰降振理论分析21-30
• 2.1 爆破地震波的基本理论21-25
• 2.1.1 爆破地震波的产生及类型21-23
• 2.1.2 爆破地震波的基本特征23-25
• 2.2 干扰降振理论分析25-29
• 2.2.1 干扰降振机理25-27
• 2.2.2 波的干涉27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 电子雷管干扰降振试验研究30-40
• 3.1 工程概况30-31
• 3.2 爆破试验31-34
• 3.2.1 试验目的31-32
• 3.2.2 试验方案32
• 3.2.3 现场测试32-34
• 3.3 试验结果及分析34-39
• 3.3.1 单孔试验34-35
• 3.3.2 群孔试验35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 电子雷管延时爆破数值模拟40-52
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA程序简介40-43
• 4.1.1 LS-DYNA程序理论40-42
• 4.1.2 数值模拟的算法42-43
• 4.2 毫秒延时爆破数值模拟43-46
• 4.2.1 计算模型43-44
• 4.2.2 材料模型和状态方程44-46
• 4.2.3 设置分析选项46
• 4.3 计算结果与分析46-50
• 4.3.1 两孔延时起爆应力波的干扰过程46-48
• 4.3.2 两孔不同延时起爆振速变化情况48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 电子雷管爆破振动预测及频谱分析52-64
• 5.1 基于单孔爆破振动信号的叠加预测52-55
• 5.2 基于HHT法的爆破振动信号特征分析55-61
• 5.2.1 信号EMD分解55-58
• 5.2.2 信号重构与误差分析58-59
• 5.2.3 频谱分析与能量分析59-61
• 5.3 孔间不同延时爆破振动信号的时频分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 附录170-72
• 附录272-80
• 作者简历及科研成果清单80-81
• 学位论文数据集81-82
• 详细摘要82-91

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