轻轨隧道开挖引起的铁路路基与边坡等构筑物爆破地震效应及其控制

摘要

随着我国交通基础建设的蓬勃发展，在多山和丘陵地区修建高速公路，高速铁路，在城市中修建轻轨已经势在必行，采用钻爆法开挖各种公路隧道、铁路隧道、轻轨隧道也应用而生，同时爆破开挖过程中产生的爆破地震效应也越来越受到人们的关注。本文以宁波市轨道交通1号线二期育王岭隧道工程为依托，通过现场监测结果分析以及运用 ANSYS/LS-DYNA动力分析软件进行数值模拟分析，展开了对隧道爆破引起的铁路路基、边坡等构筑物地震效应及其控制研究，得出了如下结论：
　　（1）开展了依托工程爆破振动观测测试与分析，得到了宁波地区轻轨隧道爆破地震波传播和衰减规律。通过观测结果回归分析，得到了较近距离地表、较远距离铁路路基垂直方向、水平径向、水平切向的质点振动速度峰值随炸药药量与距离衰减的经验公式。
　　（2）通过爆破地震波时频特性分析、远近距离对比分析指出，较远距离爆破振动衰减指数比较近距离的明显要大，衰减指数会随着距离的增加而增大；较近距离地表的质点振动主振频率主要集中在20~30Hz，而较远距离铁路路基的质点振动主振频率主要集中在10~20Hz。
　　（3）建立了轻轨隧道爆破开挖数值模拟模型，进行了隧道爆破开挖影响下铁路路基与边坡等构筑物动力响应分析。结果表明，铁路路基与隧道爆破开挖位置平齐时，质点振动速度衰减缓慢、峰值出现相对较晚，水平切向分量与振动速度矢量和吻合较好；沿铁路路基中部断面两侧的质点振动速度先随距离有一定量衰减，但随后的衰减规律并不明显。
　　（4）边坡动力响应分析结果表明，边坡上质点振动速度衰减较快，且质点振动速度峰值出现较早，水平切向分量与振动速度矢量和吻合较好；不同高度上的坡体特征点质点振动速度峰值随高度的变化并不明显，但在坡肩上有一个明显的放大效应。
　　（5）基于爆破振动安全监测及其分析、轻轨隧道爆破开挖影响下的铁路路基与边坡动力响应分析，针对依托工程的工程地质、环境条件以及施工方法与施工工艺等，研究提出了改变开挖方法、合理控制爆破开挖进尺、选择合理的装药结构、确定最佳炸药单耗、合理控制掏槽孔药量等爆破地震效应控制方法。

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第一章 绪论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标与主要内容

1.4 研究方法与技术路线

第二章 现场爆破振动监测及结果分析

2.1 依托工程介绍

2.2爆破振动监测

2.3监测结果及分析

2.4 本章小结

第三章 铁路路基与边坡等构筑物动力响应分析

3.1 ANSYS/LS-DYNA 软件简介

3.2 流固耦合分析

3.3 数值模型的建立

3.4 K文件的关键字修改与添加

3.5 隧道爆破施工引起铁路路基动力响应分析

3.6 隧道爆破施工引起边坡动力响应分析

3.7 隧道爆破施工引起地表动力响应分析

3.8 本章小结

第四章 轻轨隧道开挖爆破地震效应影响因素及控制

4.1轻轨隧道开挖爆破地震效应影响因素分析

4.2轻轨隧道开挖爆破地震效应控制措施

4.3本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 发表论文与参加科研项目

附录B K文件关键字的使用说明

附录C 数值模拟质点振动速度波形图