上跨铁路隧道近接施工中的爆破控制技术研究

作     者：丁晨曦 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关振长

授予年度：2018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：近接隧道 爆破振动测试 爆破等效荷载 爆破振动效应 

摘      要：随着我国铁路事业的发展,越来越多的新建铁路工程正在投入建设。由于受地质、地形等因素的影响,新建隧道与既有隧道之间的设计距离较近,近接施工过程中导致既有隧道结构破坏、影响运营安全的情况时有发生。尤其是近接施工中的爆破控制问题,正逐渐成为学术界与工程界的研究热点与难点问题。本文以厦门北动车运用所新建刘塘隧道上跨杭深线既有刘塘隧道为背景,对其近接施工的全过程实施了现场监测。同时在FLAC3D数值平台上展开一系列数值模拟研究,重点关注既有刘塘隧道的衬砌响应,得到主要研究成果如下。1)爆破位置对于振动效应的影响明显,背爆侧振动效应明显小于迎爆侧;在大范围距离内用单一函数拟合峰值振速的衰减规律是不合适,按照最大单段药量进行分类拟合的效果较好;以萨道夫斯基公式为基本形式,对既有隧道拱顶和边墙的监测数据进行回归分析,拱顶数据拟合所得a值与规范建议值相比偏大,边墙数据拟合所得K值则偏小。2)在LS-DYNA单孔精细化模拟的基础上,提出将爆破荷载等效成压力时程曲线,并按段位逐次施加在开挖小轮廓线上,有效提高了爆破近、远区振动效应的分析精度。3)应用上述爆破荷载等效方法与施加方式,对机械/钻爆混合开挖的近接施工过程展开了精细化数值模拟,重点关注既有隧道衬砌结构上的最大爆破振速响应。计算结果表明:在三个方向的振速中,z方向的振速基本最大;拱顶及迎爆侧拱腰的峰值振速远大于边墙;当开挖至既有隧道正上方时,其衬砌拱顶的峰值振速为2.3 cm/s,与实测结果较为吻合。(4)假定取消机械/钻爆混合开挖方案,代之以传统掏槽爆破施工方法,既有隧道拱顶的峰值振速为7.7cm/s,远超限定值,说明用机械开挖代替掏槽爆破的混合施工方法,能有效减轻爆破振动对既有隧道的影响。