复杂环境下隧道钻爆施工降振试验研究及控制

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近几年来,随着我国城市交通事业蓬勃发展,穿越城市的浅埋隧道工程越来越多,由于工程地质条件的限制,很大一部分城市隧道仍需要采用钻爆法施工。但是,由于城市地表建筑物众多,环境复杂,隧道爆破开挖产生的振动效应很可能危及到地表建筑物的安全,从而使得爆破施工难度增大。为此,研究爆破振动波在地表的传播特征及衰减规律,进而控制爆破灾害,处理好爆破振动控制和工程效率之间的矛盾,是爆破施工的关键因素之一。本文以大连市南山隧道为工程背景,针对工程下穿地表房屋以及人防工事,环境复杂,部分房屋抗震等级较低,对爆破振动控制要求严格的特点,通过普通雷管和电子雷管起爆爆破对比试验,确定电子雷管爆破降振技术,并大规模采用电子雷管进行爆破开挖,保证隧道安全快速通过地表房屋区段。通过大量爆破振动试验,并对爆破施工过程进行了实时监测,获得了大量现场监测数据,为论文的研究奠定了实践基础。将监测采集到的振动数据进行分析处理,并结合小波变换技术研究爆破振动波频谱特性,主要研究内容和结论如下:(1)通过普通毫秒雷管爆破降振试验发现:①全断面法微差爆破开挖效率最高,产生的振动最大;上下台阶法微差爆破开挖效率此之,振动相应减小;上台阶分部微差爆破效率最低,振动最小:②爆破开挖的最大振速绝大部分出现在掏槽孔,控制掏槽孔药量为爆破降振的关键因素。(2)通过电子雷管爆破降振试验发现:①电子雷管延时精确,延期时间长,可以实现隧道单孔连续起爆爆破,其最大一段的装药量是某一个孔内的装药量,极大地降低了掏槽孔药量,因此,极大地降低了爆破振动;②与普通毫秒雷管微差爆破对比,电子雷管在爆破进尺增加25%情况下,爆破振动可以降低40%以上不仅降低了振速,而且改善了爆破块度,还保证了施工进度。③最终确定了电子雷管上下台阶微差爆破的开挖方法。(3)爆破震波动传播规律及波形分析:①利用最小二乘法对掌子面上方地表振速进行回归分析,得到南山隧道爆破作业区段内的爆破振动波传播衰减规律:V=113.64x-1.341;②当最大段药量一定时,在平整地形下,爆破振动波峰值振速随爆源比例距离的增加按指数规律增加,但随着爆心距的增加而逐渐减小,距离爆源越近地震波衰减越快,距离爆源越远地震波衰减越慢;③提出了施工过程中最大段药量的计算公式,并在不同允许峰值振速条件下,拟合了爆心距与单段最大装药量的关系。④利用小波分析得到振动信号频带能量分布图,发现微差爆破振动信号的频带能量大部分分布在30Hz~70Hz的主震频域范围之内。分析原始信号边际谱图,发现掏槽孔爆破引起的低频振动能量最大,高频部分占得比重很小。
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