基于爆破损伤初支滞后掌子面合理距离研究

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在隧道掘进施工中,钻爆法凭借其经济、高效、适应性强等优点得到广泛应用,但当初期支护紧跟掌子面施工时由于施作空间的限制,在现有钻凿机具条件下不可避免地导致围岩超欠挖,造成较大的经济损失。在围岩等级较高、损伤范围较小、完整性较好的情况下,将初期支护滞后掌子面一定距离,不仅可以解决围岩超欠挖问题,得到良好的光面爆破效果,而且可充分利用围岩的自支撑能力,降低支护成本,对隧道合理、高效建设具有较大裨益。本文以浆水泉隧道为工程背景,研究在围岩损伤条件下初期支护滞后掌子面不同距离时隧道稳定性,利用声波检测隧道光面爆破开挖后围岩的扰动损伤,得到围岩损伤范围约为40cm,将隧道支护时机与施工时初期支护滞后掌子面距离相结合,通过FLAC3D数值模拟分析不同初支滞后距离下围岩的位移量、应力及塑性区大小,得到在该工程地质条件下,随着初期支护滞后掌子面距离的增加,围岩位移量与塑性区体积略有增加,围岩应力降低,并最终趋于稳定,根据其变化规律分析可得初期支护滞后掌子面9m的情况下围岩能够自稳,为安全起见,在现场进行初支滞后掌子面两个开挖循环的试验并进行围岩压力、混凝土应变和钢拱架应变的监测,通过分析爆破效果与监测数据,得到当初支滞后掌子面两个开挖循环时,光爆效果良好,光爆孔半孔率达90%以上,围岩超欠挖得到有效控制,喷射混凝土超喷量由原设计值的300%降低为180%~190%,围岩作用在支护结构上的应力得到有效降低,相对初支紧跟掌子面施工拱顶围岩应力降低达60%,大大增加隧道支护结构的安全储备。当初期支护必须紧跟掌子面时,提出长短孔光面爆破技术,并进行现场试验,得到良好的光爆效果,围岩超欠挖问题得到有效控制,对合理、高效进行隧道建设具有较大裨益。
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