【摘要】：隨著交通建設(shè)和深部能源開采的高速發(fā)展,高地應(yīng)力條件下隧道的圍巖穩(wěn)定性問題成了地下工程中必須控制的關(guān)鍵點(diǎn)。在大規(guī)模開挖強(qiáng)卸荷作用下,深埋高地應(yīng)力隧道易出現(xiàn)高烈度巖爆等深部工程災(zāi)害,造成的人員傷亡、工期延誤與經(jīng)濟(jì)損失。本文利用前人研究所得,從巖爆災(zāi)害研究歷史、爆破卸壓應(yīng)力預(yù)釋放控制技術(shù)歷史出發(fā),總結(jié)了現(xiàn)有研究的不足,利用卸壓控制爆破技術(shù)來解決高地應(yīng)力深埋隧道帶來的巖爆等工程災(zāi)害問題。論文介紹了擬試驗(yàn)隧道的工程地質(zhì)情況,重點(diǎn)介紹了隧道工區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震及基本烈度以及水文條件。簡述了卸壓爆破機(jī)理以及種類的劃分,分析了巖石爆破破碎機(jī)理,論述了巖石在炸藥作用下的破碎過程,研究了卸壓爆破影響區(qū)域的控制,確定了爆破粉碎區(qū)、破裂區(qū)、振動區(qū)的半徑,為卸壓爆破方案的參數(shù)選取提供了一定的依據(jù)。根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論,綜合利用巖體力學(xué)理論、爆破動力學(xué)原理以及隧道圍巖支護(hù)理論,考慮為保證隧道圍巖穩(wěn)定、防止裂隙貫通自由面而設(shè)置的副承載圈厚度,確定了爆破卸壓的裝藥深度范圍。以爆生裂隙貫通卸壓區(qū)域?yàn)槔硐氡菩Ч?計(jì)算卸壓爆破單孔裝藥量、卸壓炮孔的間排距范圍值。以控制卸壓爆破破碎區(qū)域?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn),確定了卸壓炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)、堵塞長度以及裝藥的不耦合系數(shù)的合理范圍。根據(jù)所得的參數(shù)取值范圍,以爆破位置、炮孔數(shù)量以及炮孔與巖壁夾角為變量的四種爆破卸壓方案:掌子面垂直卸壓爆破孔方案;掌子面帶角度卸壓爆破孔方案;圍巖帶角度卸壓爆破孔方案;圍巖應(yīng)力預(yù)釋放爆破平行孔方案。利用Ansys/LS-DYNA動力有限元軟件建立仿真數(shù)值模型,模擬計(jì)算了高地應(yīng)力環(huán)境下,以上四種爆破方案卸壓效果。根據(jù)模擬的爆破卸壓區(qū)域位置、范圍以及相應(yīng)隧道最大變形量、隧道各位置的位移矢量和,分析卸壓爆破前后變化,比對各方案的優(yōu)劣。通過數(shù)值模擬研究表明,與進(jìn)行卸壓爆破前相比,卸壓后隧道變形與內(nèi)力均出現(xiàn)不同程度的降低:隧道圍巖應(yīng)力與卸壓前相比,降比分別為29.2%、32.8%、72.6%、69.2%;初期支護(hù)y方向位移與卸壓前相比,降比分別為29.15%、29.79%、63.03%、50.84%;隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)軸力最大值與卸壓前相比,降比分別為40.65%、51.61%、73.10%、58.06%。說明爆破卸壓取得了一定的應(yīng)力轉(zhuǎn)移的效果,爆破卸壓技術(shù)在高地應(yīng)力隧道的應(yīng)用具有一定的可操作性,能夠在一定程度上保證深埋隧道的安全與穩(wěn)定,防止巖爆等工程災(zāi)害的出現(xiàn)。在卸壓炮孔直徑、炮孔深度、炮孔間排距等爆破參數(shù)一定的情況下,圍巖的破碎程度以及卸壓效果與裝藥量、裝藥位置有關(guān),在安全裝藥范圍內(nèi),裝藥量越大,圍巖破碎程度越大,爆破位置越靠近卸壓區(qū)域,卸壓效果越好;不同的卸壓爆破方案,將產(chǎn)生不同的卸壓效果,將炮孔布置于已開挖圍巖的卸壓效果優(yōu)于將炮孔布置于掌子面,炮孔沿鉛垂方向布置更有利于卸壓松動圈的形成,其卸壓效果優(yōu)于沿水平布置。本文的研究成果對于理論研究發(fā)展較緩慢、且一般應(yīng)用于小斷面的采礦巷道的卸壓爆破圍巖支護(hù)技術(shù)具有一定的參考價值以及工程現(xiàn)實(shí)意義。
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【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U455.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2344380