邻近隧道爆破施工对既有隧道影响的数值分析

作     者：钟建辉 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毕继红

授予年度：2005年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：有限元法 隧道 衬砌 围岩 爆破振动 

摘      要：新建隧道爆破开挖有可能引起邻近既有隧道损伤的危险,在与既有隧道的间距比较小的情况下进行新隧道的爆破开挖,开挖产生的爆破地震波会危及既有隧道围岩和衬砌结构的安全和稳定性。本文运用动力有限元法的基本原理,采用Ansys软件对邻近爆破对隧道的影响进行了数值模拟分析。通过对计算结果的分析,得到了一系列有益的规律和结论,也为实际工程的施工和设计提供了一定的参考和依据。 本文首先对研究邻近爆破对既有隧道影响的研究价值,国内外的研究现状,新老研究方法的比对进行了详尽的概括和阐述。然后对有限元方法在本课题中的应用作了详实的说明,其中主要针对动力有限元计算和分析方法、非线性分析与求解、爆破振动模拟、边界条件的处理及单元类型和网格划分等一系列问题进行了探讨,并用ANSYS软件解决了这些问题。通过查阅相关文献,系统地介绍了岩石爆破的破坏理论和应力波理论,阐述了土中抗爆结构的一般计算方法,并对用ANSYS软件如何模拟爆破振动提出了一些个人观点和处理方法。以岩石爆破的破坏理论、应力波理论和动力有限元法为基础,通过ANSYS的瞬态动力学分析,对不同的算例行进了邻近爆破对既有隧道影响的数值模拟分析,其中分别考虑了不同的隧道间距,不同的围岩的类型,不同的既有隧道形状,不同的隧道埋深,以及两隧道相对位置的不同等等情况。主要分析了既有隧道衬砌和围岩在受邻近爆破影响下的振动速度、应力和衬砌变形,将各种不同情况的计算结果进行比较和分析,得出了一些关于既有隧道受邻近爆破影响的规律和特点。