爆破振动作用下相邻隧道动力响应及控制技术研究

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随着我国交通基础建设的迅猛发展,山岭地区公路隧道数量也在不断增加。小净距隧道由于洞外接线灵活,能较好地适应山岭地区的地形条件等优点,因此在公路隧道中的应用逐渐增多。目前山岭隧道施工仍以钻爆法为主,但是小净距隧道在进行钻爆施工时,由于两相邻隧道相距较近,后行隧道在爆破施工中产生的振动效应不可避免地会影响相邻先行隧道结构的安全性,且对于围岩地质条件较差的隧道,振动影响更为突出。因此为了降低隧道施工风险,研究相邻先行隧道在爆破振动作用下的动力响应及其控制措施,具有十分重要的现实意义与价值。为此,本文以北京云龙山小净距双线隧道为研究背景,采用现场爆破振动监测与数值模拟等手段,研究了后行隧道爆破施工对相邻先行隧道的振动影响及其振动控制措施,主要研究工作如下:(1)结合现场爆破施工,对监测所得爆破振动波形图及数据进行了分析和处理,得出了先行隧道在后行隧道爆破掌子面前后方轴向振速的衰减规律,同时对爆破振动的主频进行了分析,得到了振动信号的主频分布及衰减规律。(2)基于小波包分析原理选取了最优小波基“sym8”,应用小波包变换方法对相邻隧道实测爆破振动信号进行了时频特征分析,得到了振动信号在不同频带范围内的重构波形图及其频谱图,同时研究了振动信号的能量分布特征。(3)运用有限元软件LS-DYNA建立了与实际工程对应的三维模型,通过计算得到了相邻隧道质点的峰值振速,并与实测振速进行对比,验证了数值模拟方法是可行的。在此基础上研究了在不同围岩级别下后行隧道爆破对相邻先行隧道衬砌的振动影响,并进一步分析了先行隧道沿轴向振速、应力、位移的分布变化规律及其下台阶开挖后衬砌的振动响应规律。(4)通过数值模拟方法将掏槽孔药量按照不同比例分成多段进行微差爆破,研究了二段及三段掏槽情况下不同微差时间间隔爆破振动对相邻先行隧道的影响,通过对比分析不同间隔时间的质点峰值振速得出了最佳微差间隔时间,同时探讨了布置不同参数的减振沟对减振效果的影响。根据计算结果主要针对掏槽孔对后行隧道爆破方案进行了具体的优化设计,并提出了一系列减振处理方法,为安全施工提供保障。
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