高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法技术

本发明专利技术提供了一种高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，通过对现场监测的高压气体膨胀法爆破时的振动速度值拟合得到该条件下的振动速度表达式；采用数学拟合的方法处理传统的炸药爆破的现场实际测得的振动速度值，得到拟合萨道夫斯基公式，并基于此计算出该条件下的最大振动速度值和满足该工程安全要求的最大段装药量；在相同的试验条件下，根据拟合萨道夫斯基公式和振动速度表达式，采用数值模拟的方法分析对比炸药爆破和高压气体膨胀法爆破时的振动速度大小，据此评估高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害。通过上述方式，为实际爆破作业中近接隧道破岩开挖过程中的振动控制提供了理论依据。开挖过程中的振动控制提供了理论依据。开挖过程中的振动控制提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法


[0001]本专利技术涉及破岩施工
，尤其涉及一种高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法。

技术介绍

[0002]邻近重要的建(构)筑物进行破岩施工，最大的安全隐患来自于振动的损害，如果不能控制并减小振动，轻则延误工期，重则引发灾难性事故，造成人身和财产的重大损失，并带来恶劣的社会影响。因此，破岩施工过程对既有建(构)筑物可能引起扰动和破坏的评价、监测和控制，以及新型破岩技术及工法的研究，均成为新建工程中被关注的重点，其直接影响新建工程建设的成败。
[0003]高压气体膨胀法作为一种新型的破岩技术被应用在工程实践中，与传统炸药爆破法相比具有振动危害小的优势。但是，在某些特殊地质条件下，如硬岩地区，采用高压气体膨胀法，虽然振动危害小，但是破岩效果非常不理想，工程进度缓慢。因此，在确保高压气体膨胀法的破岩能力的同时，控制其振动在实际爆破过程中具有重要意义。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种改进的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，通过对现场监测的高压气体膨胀法爆破时的振动速度值进行拟合，得到该条件下的振动速度表达式其中，V为振动速度，单位为cm/s；Q为发气剂质量，单位为kg；R为振动监测点至破岩点的距离，单位为m；
[0007]采用数学拟合的方法处理传统的炸药爆破的现场实际测得的振动速度值，得到拟合萨道夫斯基公式，并基于此计算出该条件下的最大振动速度值和满足该工程安全要求的最大段装药量；
[0008]在相同的试验条件下，根据所述拟合萨道夫斯基公式和所述振动速度表达式，采用数值模拟的方法分析对比所述炸药爆破和所述高压气体膨胀法爆破时的振动速度大小，据此评估所述高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害。
[0009]优选的，所述高压气体膨胀法的爆破过程采用如下步骤进行：
[0010]S1、制作和组装膨胀管；
[0011]S2、将膨胀管插入待爆破的隧道的掌子面上的钻孔内部后，进行灌浆和连线；
[0012]S3、先对所述膨胀管进行加压，再开启电触发器，以对隧道进行破岩操作。
[0013]优选的，所述炸药爆破采用上台阶、下台阶和导硐分次爆破的方法进行爆破，所述
上台阶爆破和所述下台阶爆破作用于钻爆法开挖段；所述导硐爆破作用于钻爆法
‑
机械协同开挖段。
[0014]优选的，所述膨胀管包括膨胀管本体和与所述膨胀管本体连接的铁管，所述铁管的另一端设有导线，所述膨胀管本体内放置有发气剂，所述导线用于连接电触发器。
[0015]优选的，所述钻爆法开挖段采用双排孔楔形掏槽，崩落眼孔采用梅花形布孔方式，周边眼间隔装药；所述导硐爆破采用中心空孔螺旋掏槽。
[0016]优选的，所述膨胀管的设置方向与所述掌子面的垂线之间的夹角为10
‑
15
°
。
[0017]优选的，所述钻孔的孔径和所述膨胀管的直径之间满足：钻孔孔径≥膨胀管直径+20mm。
[0018]优选的，所述拟合萨道夫斯基公式的准确性通过建模的方式进行验证，所述建模的过程中采用炸药、岩石和混凝土作为模型的材料；优选的，高速公路路基为C30混凝土，炸药为2号岩石乳化炸药，岩土体为弹塑性材料。
[0019]优选的，所述炸药的状态方程定义为：其中，P为爆破压力，V为相对体积，E为单位体积内能，ω、A、B、R1、R2为材料常数。
[0020]优选的，所述弹塑性材料的屈服条件为其中，ξ
ij
＝s
ij
‑
a
ij
，s
ij
为柯西应力张量；p和C为输入常数；σ0，β分别为初始屈服应力和硬化参数；为应变率E
p
为塑性硬化模量，E为弹性模量，E
t
为切线模量；为有效塑性应变。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术提出的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，上述方法通过对比分析传统爆破方法和高压气体膨胀法的振动速度和破岩能力进行，通过对现场监测的高压气体膨胀法爆破时的振动速度值拟合得到该条件下的振动速度表达式；采用数学拟合的方法处理传统的炸药爆破的现场实际测得的振动速度值，得到拟合萨道夫斯基公式，并基于此计算出该条件下的最大振动速度值和满足该工程安全要求的最大段装药量，从而可利用振动速度表达式和拟合萨道夫斯基公式求得采用高压气体膨胀法和炸药爆破进行实际爆破作业时的振动速度，进而利用振动速度评估爆破过程近接隧道开挖中的振动损害，为爆破作业前选择合适的爆破方法提供有效的理论依据。
[0023]2、本专利技术提出的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，通过建模的方式模拟最大段装药量爆破时隧道附近建(构)筑物或设施的受力和振动情况，可在验证拟合萨道夫斯基公式结果正确与否的同时调整爆破设计方案；通过本专利技术提出的方法，为控制高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害提供了一种行之有效的方法，可在实
际爆破作业中保证破岩能力的同时有效减小爆破过程产生的振动，避免爆破时因振动导致的隧道附近建(构)筑物的损坏。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的实施例1中的膨胀管布置示意图；
[0025]图2为本专利技术的实施例1中的膨胀管的最佳孔间距和最佳埋深；
[0026]图3为本专利技术的实施例1中的振动速度监测原理示意图；
[0027]图4为本专利技术的实施例1中的隧道开挖分段示意图；
[0028]图5为本专利技术的实施例1中的钻爆法炮孔分布及雷管段别图；
[0029]图6为本专利技术的实施例1中的导硐位置示意图；
[0030]图7为本专利技术的实施例1中的炮孔布置及雷管段别；
[0031]图8为本专利技术的实施例1中的隧道爆破数值模型示意图；
[0032]图9为本专利技术的实施例1中的不同药剂质量和爆心距下振动速度差值对比图；
[0033]图10为本专利技术的实施例1中的不同质量和爆心距下振动速度比值对比图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0035]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0036]另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，其特征在于，通过对现场监测的高压气体膨胀法爆破时的振动速度值进行拟合，得到该条件下的振动速度表达式其中，V为振动速度，单位为cm/s；Q为发气剂质量，单位为kg；R为振动监测点至破岩点的距离，单位为m；采用数学拟合的方法处理传统的炸药爆破的现场实际测得的振动速度值，得到拟合萨道夫斯基公式，并基于此计算出该条件下的最大振动速度值和满足该工程安全要求的最大段装药量；在相同的试验条件下，根据所述拟合萨道夫斯基公式和所述振动速度表达式，采用数值模拟的方法分析对比所述炸药爆破和所述高压气体膨胀法爆破时的振动速度大小，据此评估所述高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害。2.根据权利要求1所述的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，其特征在于，所述高压气体膨胀法的爆破过程采用如下步骤进行：S1、制作和组装膨胀管；S2、将膨胀管插入待爆破的隧道的掌子面上的钻孔内部后，进行灌浆和连线；S3、先对所述膨胀管进行加压，再开启电触发器，以对隧道进行破岩操作。3.根据权利要求1所述的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，其特征在于，所述炸药爆破采用上台阶、下台阶和导硐分次爆破的方法进行爆破，所述上台阶爆破和所述下台阶爆破作用于钻爆法开挖段；所述导硐爆破作用于钻爆法
‑
机械协同开挖段。4.根据权利要求2所述的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究方法，其特征在于，所述膨胀管包括膨胀管本体和与所述膨胀管本体连接的铁管，所述铁管的另一端设有导线，所述膨胀管本体内放置有发气剂，所述导线用于连接电触发器。5.根据权利要求3所述的高压气体膨胀法在近接隧道开挖中的振动损害研究...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭怀德，戴兵，刘敦文，张雷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：