本文選題：淺埋連拱隧道 + 近接條件　； 參考：《西南交通大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隧道巖體開挖爆破振動(dòng)危害一直是地下工程和爆破工程界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。尤其在連拱隧道、小凈距隧道等新型淺埋隧道工程中,受工程及爆破環(huán)境條件限制,隧道開挖爆破振動(dòng)危害問題更為突出,有時(shí)不得不采用非爆破方法進(jìn)行隧道開挖以避免爆破振動(dòng)危害的出現(xiàn),導(dǎo)致隧道施工效率極大降低。因此,就新型隧道開挖爆破動(dòng)力響應(yīng)特征和減振爆破技術(shù)進(jìn)行深入研究,對(duì)防止隧道開挖爆破振動(dòng)危害、提高隧道施工效率具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。以烏魯木齊快速路雅山連拱隧道工程為背景,統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場(chǎng)爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),各類炮孔爆破自由面和抵抗線對(duì)爆破振動(dòng)強(qiáng)度有著重要的影響,根據(jù)這一結(jié)論,基于量綱分析原理推導(dǎo)建立了隧道開挖爆破振動(dòng)速度計(jì)算模型,并將其運(yùn)用于淺埋連拱隧道開挖爆破振動(dòng)強(qiáng)度衰減規(guī)律的研究。研究結(jié)果表明:掏槽孔爆破時(shí)抵抗線較大而自由面面積相對(duì)較小,使其爆破產(chǎn)生振動(dòng)強(qiáng)度最大,約為其他類型炮孔爆破產(chǎn)生振動(dòng)強(qiáng)度的1.6倍以上;爆破振動(dòng)速度峰值與自由面面積呈反相關(guān),但卻與抵抗線長度呈正相關(guān);隧道開挖爆破振動(dòng)速度計(jì)算模型比薩道夫斯基等傳統(tǒng)振動(dòng)速度計(jì)算模型能更加準(zhǔn)確的描述隧道開挖爆破時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度衰減規(guī)律,能較好地體現(xiàn)主要爆源條件對(duì)爆破振動(dòng)強(qiáng)度的影響。提出SVD-EMD方法以抑制噪聲對(duì)實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)信號(hào)EMD分解效率及準(zhǔn)確性的負(fù)面影響,將其與FFT、HHT變換等結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻、能量等進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:利用有效奇異差分譜值和差分譜曲線間交點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)SVD奇異值階次的有效選擇,確保SVD-EMD方法能有效提高爆破振動(dòng)信號(hào)HHT變換結(jié)果在時(shí)間域、頻率域上的分辨率;實(shí)測(cè)爆破振動(dòng)信號(hào)能量主要集中在25～165 Hz頻帶范圍,且存在43 Hz、103 Hz和119 Hz三個(gè)優(yōu)勢(shì)頻率;掏槽孔爆破振動(dòng)瞬時(shí)能量峰值最大,約為其它類型炮孔爆破振動(dòng)瞬時(shí)能量峰值的1.53～4.38倍。此外,結(jié)合線性子波疊加模型探討了段間延時(shí)時(shí)間對(duì)疊加爆破振動(dòng)信號(hào)振速峰值、主頻,瞬時(shí)和總能量等特征的影響,得到當(dāng)段間延時(shí)在15～35 ms和40～60 ms范圍時(shí)疊加信號(hào)的振動(dòng)速度峰值、瞬時(shí)能量峰值和總能量峰值將處于較穩(wěn)定低值范圍,而主頻卻相對(duì)較高。探討了掏槽爆破等效荷載計(jì)算模型中的荷載作用邊界和荷載施加方式等,并將其運(yùn)用于連拱隧道開挖爆破時(shí)既有小凈距隧道、中隔墻等結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的快速計(jì)算。數(shù)值模擬結(jié)果顯示:既有小凈距隧道襯砌外側(cè)與內(nèi)側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值之比為1.15～1.34,隧道圍巖與襯砌內(nèi)側(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度峰值之比為1.54～2.09;既有小凈距隧道襯砌動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力峰值約為自重壓力荷載作用下靜態(tài)拉應(yīng)力峰值的1.50～6.48倍,而中隔墻上動(dòng)態(tài)拉應(yīng)力峰值則約為自重壓力作用下靜態(tài)拉應(yīng)力峰值的11.90～15.38倍,可見,距爆源愈近受爆破動(dòng)力作用的影響愈加明顯。此外,結(jié)合最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則、裂縫擴(kuò)展應(yīng)力準(zhǔn)則及Mohr-Coulomb準(zhǔn)則分析得到既有小凈距隧道襯砌和中隔墻/圍巖結(jié)合面分別較易因裂縫擴(kuò)展和拉裂而發(fā)生破壞;依據(jù)原爆破方案,既有小凈距隧道襯砌抗拉裂安全系數(shù)僅為1.08,安全儲(chǔ)備較低,發(fā)生裂縫擴(kuò)展破壞的危險(xiǎn)性較高。結(jié)合背景工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,提出了楔形分段掏槽爆破減振技術(shù),并依據(jù)微差爆破理論、Mohr-Coulomb準(zhǔn)則、最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則等討論了的其巖體破碎、槽腔形成和減振機(jī)制,給出了掏槽孔水平傾角、外層和內(nèi)層掏槽深度、外層和內(nèi)層裝藥段藥量、各裝藥段底部水平距離及段間起爆時(shí)差等參數(shù)的確定方法。利用LS-DYNA3D軟件進(jìn)行了楔形分段掏槽爆破與常規(guī)掏槽爆破過程仿真,通過比較兩種掏槽方式巖體破碎范圍和振動(dòng)速度峰值結(jié)果,得到楔形分段掏槽爆破技術(shù)既能有效降振又能確保得到良好的掏槽效果。在確定性有限元方法中,往往僅可根據(jù)單因素分析法(相關(guān)分析、方差分析等)來確定各主要因素對(duì)爆破效果的影響。其要求進(jìn)行大量的仿真模擬工作以獲得足夠多的數(shù)據(jù),但分析結(jié)果卻不能給出各主要因素對(duì)爆破效果的影響程度及主次關(guān)系。為此,本文將掏槽爆破過程視為一隨機(jī)過程加以研究,基于RSM隨機(jī)動(dòng)力有限元分析方法確定各主要爆破參數(shù)對(duì)楔形分段掏槽爆破效果的影響程度和相互關(guān)系。計(jì)算與分析結(jié)果表明:在文中取值范圍內(nèi)掏槽孔底水平距離為影響掏槽區(qū)域巖體破碎面積及振動(dòng)強(qiáng)度的重要參數(shù),掏槽孔水平傾角則為次要參數(shù),而外層和內(nèi)層裝藥段間起爆時(shí)差分別為影響巖體破碎面積及振動(dòng)強(qiáng)度的次要因素和可忽略參數(shù)。最后,將本文的研究方法和成果綜合應(yīng)用于指導(dǎo)開展雅山連拱隧道現(xiàn)場(chǎng)減振爆破試驗(yàn),并對(duì)各次試驗(yàn)爆破時(shí)的單次進(jìn)尺和振動(dòng)速度峰值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明:利用楔形分段掏槽爆破技術(shù)可使既有隧道襯砌的豎向、縱向和徑向分別減小43.2%、30.7%和68.6%,減振效果明顯,且在不增加施工難度的前提下,隧道掘進(jìn)施工效率提高約8.29%。上述研究結(jié)果對(duì)類似工程實(shí)施減振爆破開挖具有積極的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Based on the theory of dimensional analysis , it is important to study the vibration intensity of blasting vibration signal . The results show that the method can effectively improve the vibration intensity attenuation law of blasting vibration signal by using non - blasting method . The results show that the method can effectively improve the vibration intensity attenuation law of blasting vibration signal . In this paper , the influence of various main factors on blasting effect is analyzed by means of single factor analysis method ( correlation analysis , variance analysis , etc . ) .
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.6
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本文編號(hào)：2073372