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爆破荷载作用对相邻隧道的动态响应

翁磊  
【摘要】:用钻爆法开挖修建小净距双线隧道时,后行隧道的施工不可避免地会对先行隧道的安全与稳定产生一定的影响。采用一定的研究方法和技术手段研究爆破荷载对隧道的动态响应问题,不仅具有很重要的理论意义和实用价值,而且具有很突出的经济效益和社会效益。 以宝盖山隧道为工程依托,运用有限元数值模拟方法,分析研究了先行隧道在邻近后行隧道爆破振动作用下的动态响应特征。首先对隧道爆破振动效应进行了现场测试,而后通过分别建立准二维单层网格模型和三维数值模型,研究了各不同工况下,先行隧道围岩及衬砌的振动速度、应力和位移等动态响应规律,主要研究内容及工作如下: (1)通过对爆破振动的现场监测和测试结果分析,得出了爆破地震波在隧道中间夹岩中的传播衰减规律,并由此计算出安全的最大段药量。 (2)在总结当前各种爆破荷载模型的基础上,根据相关经验公式和实际爆破参数,计算得出了分段三角形微差爆破荷载模型。 (3)建立了隧道的单层网格模型,利用MIDAS/GTS程序系统分析了隧道宽度为D时,净间距在0.5D、1.0D、1.5D、2.0D和2.5D情况下,先行隧道围岩及衬砌动力特性(包括振速、应力和位移)的分布变化规律。研究表明,后行隧道产生的爆破振动对先行隧道围岩及衬砌的影响主要集中在迎爆一侧,且其影响程度随净间距的减小而越来越强烈。 (4)通过对隧道三维模型的动力分析,研究了先行隧道衬砌迎爆侧振动特性沿隧道纵向的分布规律。结果表明,与后行开挖隧道掌子面越近的先行隧道断面上,其振动速度、最大主应力和位移值越大;相同爆心距时,先行隧道沿开挖方向后方的震动效应要强于前方,且前、后方的振速、应力和位移分布曲线基本关于中心断面对称。


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