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爆破对隧道围岩及初期支护结构稳定性的影响研究

彭高殿  
【摘要】:钻爆法是公路隧道掘进中一种主要的施工方法,而爆炸必然会对隧道围岩及初期支护结构产生振动影响,当爆破产生的振动速度大于围岩和初期支护的临界振动速度时,围岩和初期支护将会破坏,导致工程事故的发生。本文针对这一问题开展研究,以广西钦崇高速公路路河山隧道为依托,在研究爆破振动速度衰减规律的基础上,通过现场监测和数值模拟手段,分析爆破对公路隧道围岩及初期支护结构的影响。提出合理的安全振动速度,确保安全施工;在此基础上对锚杆的支护参数进行优化。 通过对路河山隧道K39+946.6松动圈的测试,可确定测试断面隧道围岩松动圈的范围,依据围岩松动圈的大小,重新对围岩分类,可判定此时的隧道围岩等级为Ⅲ级,此时锚杆在初期支护结构中起到了主要作用,喷射混凝土只起到了锚杆之间围岩支护和防止围岩风化的作用。 通过现场的爆破振动速度测试试验,得到了隧道拱顶、拱脚纵向爆破振动速度和爆破对已开挖临近隧道的爆破振动速度。采用M.A萨道夫斯基公式回归分析方法,建立了路河山隧道拱顶、拱脚和已开挖隧道的振动速度衰减规律模型。 通过LS-DYNA动力分析软件,对路河山隧道爆破过程进行了数值模拟计算,得到了Ⅳ级围岩爆破施工时各个质点的振动速度,并对理论分析结果和试验测试值进行了对比分析。 通过研究爆破对围岩的影响分析,提出了围岩在弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段的临界振动速度。 基于应力波的传播理论研究爆破对初期支护的影响,认为喷射混凝土的破坏主要是由于拉裂破坏引起,提出了不同龄期喷射混凝土对应的临界振动速度;锚杆的破坏主要是由于砂浆与围岩接触面受损引起的,因而给出了锚杆临界振动速度的建议值。 通过在隧道的断面埋设钢筋计,测试锚杆不同施工荷载作用下其受力情况。同时根据围岩松动圈测试后对锚杆优化参数进行分析,确定了合理的锚杆参数。


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