近接扩建四车道公路隧道爆破动力影响研究

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新建主线大罗山隧道为双向八车道超大断面隧道,右线长度为350m,净断面尺寸为宽×高=18.25m×5m,平均埋深为20m,采用曲墙三心圆拱的内轮廓净空,大罗山隧道断面采用R1000cm和R610cm的三心圆形式,其总体布置形式如下图所示。本项目大罗山隧道共四管隧道,隧道断面大,间距小。其中,新建大罗山隧道右幅与左幅的最小净距约20m,属于超大断面小间距隧道,并且既有大罗山隧道运营年限已达20年,存在一定病害,邻近新建超大断面隧道的近接施工必然对其产生较大扰动。本文依托大罗山隧道项目,以数值模拟和现场监测为主要手段,从施工顺序等方面,对公路隧道爆破开挖控制技术进行研究,主要研究工作如下:(1)对单孔应力爆破进行分析,此外还考虑了不同施工顺序对隧道开挖的影响,模拟了不同爆破断面时的监测点的爆破振速,并对爆破振速变化规律做了对比分析。结果表明:100us时,岩石中出现了应力波,应力波不断向外扩散,并且产生了一个很小的爆破空腔。考虑到顶面和前面为自由面,而其余面为透射面,应力波在自由面会发生反射,产生反射拉伸波,产生的拉应力大于岩石的抗拉强度时就会产生裂纹。而应力波传到底面时,直接穿透过去,不会发生反射。此外随着爆心距的增大,监测点的振速峰值呈现逐渐减小的趋势,且近似满足导数函数的关系,与萨道夫斯基公式相吻合。各种工况下各测点的振动速度峰值均小于10cm/s。综合考虑,因此选用施工顺序2是最合理的施工顺序。(2)对比模拟出的爆破振动速度的数据和实测的振动数据,来验证模型的正确性。结果表明:A、B、C、D四个测点的爆破振速的变化规律符合萨道夫斯基规律。即离爆炸中心越近,爆破振动速度越大。离爆炸中心越远,爆破振动速度越小。通过A、B、C、D四个测点的实测数据波形图与模拟数据波形图的对比,发现实测结果与模拟结果相差不大,从而验证了模型的准确性。(3)对隧道爆破设计参数优化,主要从两个方面进行优化,一是根据不同间隔下振速的变化趋势,选用最合理的时间间隔。二是通过对比模拟炮孔的不耦合系数对爆破效果的影响,选用合理的不耦合系数。结果表明:一是合理的微差时间为50ms,二是不耦合系数越小,炮孔直径一定时,药包直径越大,所以爆破产生的岩石裂隙区范围越大。不耦合系数越大,炮孔璧上单元的有效应力峰值就越小,但不耦合系数也不应过大。因此考虑到掏槽孔形成自由面的重要作用,可以选用不耦合系数为1.43的装药结构;周边眼离围岩比较近,为了保证围岩的完整性,降低对围岩的爆破损伤,可以选用不耦合系数为2的装药结构。
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