CN108871129B - 一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法，具体操作步骤按照如下：先建立隧道分部开挖爆破下中隔壁支护结构的数值分析模型；再模拟隧道距离中隔壁支护结构R处的一段炮孔以药量Q爆破，并建立该距离R下中隔壁支护结构所受爆炸冲击强度P与药量Q的关系，再将临界药量Q临代入萨道夫斯基经验公式
得到临界药量Q临下一定距离爆破掌子面L处中隔壁支护结构上的爆破振速V临；使用爆破测振仪实测得爆破振速V；将实测振速V与V临比较，V大于V临说明超过控制标准，根据监测结果调整监测药量，直至小于V临；该方法简单易行，避免了直接在中隔壁上安装应力或应变传感器，能够实现对中隔壁的爆破施工安全作出评价。
Description
技术领域：
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法。
背景技术：
近年来，随着高速铁路、公路和地下轨道交通工程的发展，隧道工程也呈现出逐年增加趋势。当采用分部开挖的钻爆法进行施工时，爆破施工过程中产生的振动、冲击波和飞石等有害效应不可避免会对安全生产造成不利影响，尤其对隧道初期支护结构的影响更大。当隧道采用CD或CRD工法施工时，中隔壁支护结构与初期支护封闭成环，共同起到支撑围岩、控制变形的作用。由于其距离爆破中心最近，爆破过程中产生的冲击波和碎石极易造成中隔壁结构的破坏，甚至坍塌，酿成工程事故。因此，开展中隔壁支护结构在隧道爆破下的安全监测，对于确保隧道安全施工具有重要的意义。
隧道爆破掘进过程中，爆破进尺范围内的中隔壁支护结构极容易发生破坏，其主要原因是由于距离中隔壁支护结构最近的一段炮孔爆炸瞬间产生的爆炸冲击波及飞石直接作用在中隔壁支护结构上，使其钢拱架及喷射混凝土钢筋网在爆炸冲击波及飞石作用下发生冲击破坏，并产生爆破地震波向远处传播，引起中远处中隔壁的振动反应。目前，由于隧道爆炸冲击波下中隔壁支护结构的破坏属于高速瞬态的高应力、高应变冲击破坏，还没有有效的监测手段对中隧道爆破范围内中隔壁支护结构的高应力及高应变进行监测，因此隧道爆炸冲击波及飞石作用下的中隔壁支护结构的安全监测还没有相应的监测方法。
因此，针对现有技术中难以解决隧道爆炸冲击波及飞石作用下的中隔壁支护结构的安全监测的难题，寻求设计提供一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法，该方法能够获取中隔壁的安全状态，确保支护结构的爆破安全。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法，能够有效的解决隧道爆炸冲击波及飞石作用下的中隔壁支护结构的安全监测这一技术难题，对于隧道施工行业具有深远的影响。
为了实现上述目的，本发明涉及的一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法具体操作步骤按照如下：
S1、使用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件，并通过流固耦合的方法建立隧道分部开挖爆破下中隔壁支护结构的数值分析模型；
S2、使用步骤S1中所述模型模拟隧道距离中隔壁支护结构R处的一段炮孔以药量Q爆破，并建立该距离R下中隔壁支护结构所受爆炸冲击强度P与药量Q的关系，拟合得到：
A、β为拟合系数，将中隔壁支护结构混凝土抗拉强度F代入公式，得到距离R下的临界药量Q临；
S3、将临界药量Q临代入萨道夫斯基经验公式
式中：V为质点振速，K为场地因素系数，α为衰减系数，Q为单段最大起爆药量，L为爆破侦测仪的测点与爆破掌子面距离，得到临界药量Q临下一定距离爆破掌子面L处中隔壁支护结构上的爆破振速V临；
S4、使用生石灰在内的贴剂将爆破测振仪的速度传感器固定至距爆破掌子面L处的钢拱架底部，实测距离L中隔壁支护结构上的爆破振速V；
S5、将实测振速V与V临比较，V大于V临说明超过控制标准，根据监测结果调整监测药量，直至小于V临；
进一步地，本发明中中隔壁支护结构的数值分析模型的主体结构包括围岩、炸药、中隔壁支护结构和爆破测振仪，其中中隔壁支护结构包括有附在岩体上的钢筋挂网，挂网上竖直等间距设置有起骨架作用的钢拱架，挂网上附有喷射混凝土，爆破测振仪位于距爆破掌子面L处的钢拱架底部；所述炸药位于中隔壁支护结构的一侧，安放炸药的炮孔连线与中隔壁支护结构平行，每一炮孔与中隔壁支护结构的直线距离相等。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明的监测方法简单易行，采用速度传感器，可以在隧道远离中隔壁一定距离处直接测试爆破振速，并于中隔壁的振动安全监测标准进行比较，避免了直接在中隔壁上安装应力或应变传感器，能够实现对中隔壁的爆破施工安全作出评价，指导爆破施工。
附图说明：
图1为本发明涉及的不同距离下中隔壁支护结构的数值模型图。
图2为本发明涉及的隧道爆破振动测试的正视图。
图3为本发明涉及的爆破侦测仪安装位置关系原理示意图。
图4为本发明涉及的在掌子面上的爆破尺寸原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例涉及的一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法的具体实施步骤如下：
S1、某隧道采用CD法(中隔壁法)分部开挖，建立不同距离下中隔壁支护结构的数值分析模型，如图1所示；
S2、隧道距离中隔壁支护结构40cm处的一段炮孔以药量7.2kg，8.4kg、9.6kg、10.8kg、12kg爆破时，40cm处中隔壁支护结构所受爆炸冲击强度P与药量Q之间的关系：
将混凝土动态抗拉强度F＝2.5MPA代入公式得到Q临＝8kg；
S3、将Q临＝8kg代入萨道夫斯基经验公式
得到距离爆破掌子面20m处的爆破临界振速V临＝11.56cm/s
S4、将测得的20m处振速V与管线爆破振动安全的控制标准进行比较，评价管线的安全情况，优化爆破施工方案，指导隧道控制爆破，确保管线安全。
进一步地，本发明中中隔壁支护结构的数值分析模型的主体结构包括围岩1、炸药2、中隔壁支护结构3和爆破测振仪4，其中中隔壁支护结构3包括有附在岩体上的钢筋挂网31，钢筋挂网上竖直等间距设置有起骨架作用的钢拱架33，挂网上附有喷射混凝土32；所述炸药2位于中隔壁支护结构3的一侧，安放炸药的炮孔连线与中隔壁支护结构平行，每一炮孔与中隔壁支护结构的直线距离相等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法，其特征在于具体操作步骤按照如下：
S1、使用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件，并通过流固耦合的方法建立隧道分部开挖爆破下中隔壁支护结构的数值分析模型；
S2、使用步骤S1中所述模型模拟隧道距离中隔壁支护结构R处的一段炮孔以药量Q爆破，并建立该距离R下中隔壁支护结构所受爆炸冲击强度P与药量Q的关系，拟合得到：
A、β为拟合系数，将中隔壁支护结构混凝土抗拉强度F代入公式，得到距离R下的临界药量Q临；
S3、将临界药量Q临代入萨道夫斯基经验公式
式中：V为质点振速，K为场地因素系数，α为衰减系数，Q为单段最大起爆药量，L为爆破侦测仪的测点与爆破掌子面距离，得到临界药量Q临下一定距离爆破掌子面L处中隔壁支护结构上的爆破振速V临；
S4、使用生石灰将爆破测振仪的速度传感器固定至距爆破掌子面L处的钢拱架底部，实测距离L中隔壁支护结构上的爆破振速V；
S5、将实测振速V与V临比较，V大于V临说明超过控制标准，根据监测结果调整监测药量，直至小于V临。
2.根据权利要求1所述的一种隧道分部开挖法中隔壁支护结构爆破安全的监测方法，其特征在于中隔壁支护结构的数值分析模型的主体结构包括围岩、炸药、中隔壁支护结构和爆破测振仪，其中中隔壁支护结构包括有附在岩体上的钢筋挂网，挂网上竖直等间距设置有起骨架作用的钢拱架，挂网上附有喷射混凝土，爆破测振仪位于距爆破掌子面L处的钢拱架底部；所述炸药位于中隔壁支护结构的一侧，安放炸药的炮孔连线与中隔壁支护结构平行，每一炮孔与中隔壁支护结构的直线距离相等。
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