增建隧道爆破对既有隧道影响及爆破振动控制技术研究

作     者：陈欧阳 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海洋

授予年度：2024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：既有隧道 爆破模拟 动力特征 模型试验 影响分区 

摘      要：随着我国城市化的发展,部分道路交通量已到达运营饱和状态,无法满足当前及未来的交通需求,进行道路的改扩建已成为迫切需要,特别是在对隧道进行改建、扩建及增建施工时,采用钻爆法所产生地震波会对邻近的隧道结构造成不利影响。因此,研究邻近隧道结构的爆破振动响应和稳定性尤为重要。本文以浙江省甬台温高速公路改扩建工程中燕居岭增建隧道为研究对象,在爆破应力波和结构强度理论的基础上,提出了基于结构健康度的爆破振动影响分区方法。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分析装药量、围岩等级及隧道间距对近接隧道结构的动力响应规律,确定各因素下隧道结构的振动影响分区。然后设计并开展了室内模型试验,研究爆破作用下隧道迎爆侧的动力响应特征。探究了在应力波传播路径上布设减振孔时,影响区内结构动力响应衰减规律,并研究了不同减振孔参数下的减振效应。最后,研究了采用不同振动控制技术时,既有隧道结构的动力响应特征。本文的主要内容与研究结论如下: (1)提出了基于结构健康度的爆破振动影响分区方法。通过分析爆破地震波对既有隧道结构的影响因素,推导了地震波作用于结构面的质点振速公式,并结合国内外爆破振动安全判据,确定了隧道的结构允许振速,引入结构健康度系数,得到不同健康度下的结构允许振速,通过静力学准则对不同健康度下的允许振速进一步划分,获得近接隧道不同结构健康度下爆破振动影响分区阈值。 (2)揭示了各因素对既有隧道衬砌结构的动力响应影响规律。沿既有隧道轴线方向,其最大应力值和质点振速随爆破开挖断面距离的增大呈现非线性减小,且未开挖方向衰减速率小于已开挖方向;各因素变化引发的动力响应程度大小依次为隧道净间距、围岩等级、装药量;迎爆侧各质点综合振速、振幅及位移最大值均位于右边墙处;既有隧道围岩塑性区范围大小与装药量和围岩等级呈正比,而与隧道净间距呈反比。 (3)揭示了爆破应力波作用下,模型结构面迎爆侧边墙处的动力响应规律。各因素动力响应影响程度大小依次为爆心距、装药量、岩土性质,其中爆心距为控制爆破效果的关键因素;减振孔参数对结构的动力响应影响程度由高到低依次为减振孔排数、减振孔与爆源距离、减振孔间距。 (4)研究了不同减振控制措施在隧道开挖工程中的减振效果。研究结果表明布设减振孔可有效降低爆破影响区域内隧道结构的振速及振频,最大减振率为36.2%,隧道结构峰值振速远低于安全阈值,验证了减振孔对较低健康度结构的保护作用;采用不同微差时间进行爆破时,均有效缩小强影响区范围,并通过与现场采集数据进行对比分析,现场振速降幅更为明显,应对迎爆侧边墙处进行重点布控。