【摘 要】
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采用钻爆法掘进时炸药破岩产生的爆破振动效应对近邻隧道结构的稳定和安全带来了极大的威胁,探究近邻隧道的爆破振动特性和保证其结构的稳定性具有重要意义。本文依托百龙滩2号双线隧道的工程实践,采用现场监测、理论分析、数值模拟等技术手段,基于左线隧道上台阶的爆破开挖掘进,明确了右线隧道（近邻隧道）的爆破振动特征和能量分布特征、提出了合理的安全控制准则、设计了有效的降振爆破方案与参数。主要研究内容及结论性成果
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采用钻爆法掘进时炸药破岩产生的爆破振动效应对近邻隧道结构的稳定和安全带来了极大的威胁,探究近邻隧道的爆破振动特性和保证其结构的稳定性具有重要意义。本文依托百龙滩2号双线隧道的工程实践,采用现场监测、理论分析、数值模拟等技术手段,基于左线隧道上台阶的爆破开挖掘进,明确了右线隧道（近邻隧道）的爆破振动特征和能量分布特征、提出了合理的安全控制准则、设计了有效的降振爆破方案与参数。主要研究内容及结论性成果如下:（1）通过现场爆破振动监测分析了左线隧道上台阶爆破对近邻右线隧道的爆破振动影响,发现掏槽段的爆破振动速度最大,且随着掏槽段装药量的增加,近邻隧道的峰值振动速度逐渐增加。其中,X-水平径向的振动速度最大,Z-垂向方向次之,Y-水平切向最低;在近邻隧道纵向上,中心监测截面处（与左线隧道掌子面平齐的位置）的爆破振动速度最大,然后向两侧逐渐衰减,但两侧的衰减规律并不相同,在距监测截面相同距离的情况下,已开挖侧的爆破振动速度要比未开挖侧衰减的快。（2）频谱分析结果显示:爆破信号具有较宽的频带范围和复杂的频率成分,其主频域在50Hz-500Hz之间。X-水平径向的频率分布最集中,主频为140-150Hz;Y-水平切向的振动频率最分散,存在0-20Hz的低主频、100-150Hz的高主频;Z-垂直方向的振动频率分布相对集中,主频为120-140Hz。因此不会与近邻隧道结构发生共振。（3）基于小波包能量表征的方法分析了近邻隧道的爆破振动能量分布情况。在近邻隧道纵向上,监测截面处的能量分布最为集中,且随着爆心距的增加,X-水平切向和Z-垂向方向上的高频带能量的衰减速度比低频带能量快,低频带能量的占比逐渐增加,Y-水平切向的能量衰减表现出相反的规律;随着单段最大装药量的增加,中心监测截面处的X-水平径向和Z-垂向方向的爆破信号低频带的能量占比逐渐增高,Y-水平切向的爆破振动能量分布表现出相反的规律,高频带部分的能量占比逐渐升高。（4）通过数值模拟进一步分析了近邻右线隧道横向和纵向的振动分布特征。研究发现:近邻隧道峰值振动速度出现在迎爆侧,峰值振动速度是背爆侧的10-20倍,迎爆侧衬砌的拱脚、边墙和底脚是主要扰动区;在近邻隧道纵向上,爆破振动速度分布曲线基本关于中心监测截面对称分布,中心监测截面前方（未开挖侧）的振动速度略高于后方（未开挖侧）,这与现场监测规律一致;最大拉应力和位移均出现在迎爆侧的边墙区域,在隧道纵向上两者都呈现“中间大,两侧小”的规律分布,中心监测截面后方（已开挖侧）-5m至中心断面前方（未开挖侧）10m的范围是主要扰动区。（5）分析认为:现场采用的爆破方案并不合理,爆破诱发的振动会威胁近邻隧道衬砌结构的安全稳定。依据现场爆破振动监测数据和数值分析结果建立了右线隧道衬砌最大拉应力-峰值振动速度的关系式,基于衬砌混凝土动态抗拉强度设计值基于最大主应力原则,将近邻右线隧道衬砌的最大允许振动速度确定为15.7cm/s,并制定了近邻右线隧道爆破振动安全分级建议指标。（6）通过设计合理的装药量、掏槽形式、雷管段别和时间间隔等重要参数,对原爆破方案进行优化调整。在保证相同进尺的情况下,近邻隧道峰值振动速度下降25%以上。采用优化后的爆破方案时,右线隧道衬砌受拉破坏动态安全因子K大于2,保证了衬砌结构安全。本文的研究成果已经成功应用于百龙滩2号双线隧道的施工,确保了近邻隧道衬砌的安全和施工隧道的按时顺利贯通,为同类隧道工程的爆破振动控制积累了工程经验。图34幅,表23个,参考文献85篇
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