土木工程论文栏目提供最新土木工程论文格式、土木工程硕士论文范文。详情咨询QQ:357500023

土木工程视角下城市隧道爆破开挖对临近砖混建筑物的振动影响研究

日期:2020年09月15日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:10
论文价格:150元 论文编号:lw202009062242243982 论文字数:41525 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇土木工程论文,本文以轨道交通某工程为依托,以隧道爆破振动对临近砖混建筑物的影响为研究主题,目的是通过理论分析、现场监测、数值模拟分析,研究隧道爆破开挖对建筑结构的影响规律,分析爆破振动对建筑物的影响因素,并提出适合本工程的减振措施,为今后的施工及类似的工程提供经验。具体得出以下结论:(1)根据模拟数据结果表明,四种工况爆破作用的情况下,建筑物的各项响应指标(位移、加速度、振速)均在规范范围内,满足施工要求。(2)该砖混建筑物在爆破作用的动力响应主要受爆心距、建筑物高度、已挖隧道形成空洞等因素影响。由数值模拟数据得出爆心距对位移和振速的影响最为明显。(3)建筑物高度能够引起放大效应,在爆心距减小的情况的下,放大效应会被增强,因此在施工中应重视爆心距和放大效应的双重作用。


1  绪论


1.1 研究背景及意义

目前,我国正处于经济发展的高速时期,交通建设仍是影响我国经济发展的重要元素。截止到 2018 年底,我国城市地铁隧道总里程达 5376.89 公里,由于我国人口众多,汽车数量持续增长,当前城市地铁隧道还不能完全缓解地面的交通压力。根据国务院的发展规划,2025 年地铁隧道总里程能达到 9000 多公里,所以地铁的修建态势依然十分迅猛。

在城市地铁的修建中,爆破开挖是地铁隧道穿越硬质岩石常用的施工方法,其开挖方法具有经济、快速、高效等优点。但是爆破会产生非常大的振动能量,经介质快速的传播,引起周边建筑结构物的振动,甚至会对居民的生命和财产造成危害。如:2007 年巴东县宜万铁路隧道因爆破导致边坡失稳崩塌,造成重大的伤亡事故;2009 年湖南省由于爆破振动影响,一座高架桥发生倒塌,造成多人死伤和多辆车损毁:2011 年温岭市某隧道因拓宽进行爆破,导致周边几百户房屋受到严重损伤,赔偿数额多达数百万;2015 年海山岛风能发电项目由于爆破,导致近千间房屋等建筑结构出现大量裂缝甚至倒塌,同年莞惠城际隧道因爆破致使惠州区部分建筑桥体开裂,造成严重的影响和重大的经济损失。

此类事故层出不穷,说明爆破开挖施工方式方法是地铁隧道建设重要的研究方向,特别是在我国地下交通工程持续扩张的时期,并且随着城市建筑密集程度的不断增加,城市地铁隧道不可避免的会出现临近穿过和下穿建筑结构物的情况。与山岭隧道爆破相比,城市地铁隧道有如下特点:(1)地质情况比较复杂,爆破引发的振动波传播规律很难预测,对建筑结构的损伤无法准确估计;(2)埋深较浅,距离建筑物更近,爆破振动的影响更为强烈;(3)城市建筑物高层较多,多数带有地下室,并且其基础多为桩基础和筏板基础,土体和结构相互影响的作用更加明。所以在城区进行爆破开挖时,临近区域有建筑物时,如何保证隧道爆破开挖的顺利进行,还要保证建筑结构的安全,是我们需要研究的课题。 

.......................


1.2 国内外研究现状

国内外的专家对隧道爆破开挖进行了大量的研究,在爆破振动影响方面有一定的经验和成果,但是这些主要是对山岭隧道爆破的研究,或是针对框架结构建筑物的爆破振动研究[1]。而城市隧道的爆破开挖对临近砖混结构建筑物的振动影响研究比较少,经验和成果有一定的局限性,不能完全满足工程的需要。所以,为了使隧道施工的顺利进行,并确保建筑结构物的安全,此类研究显得尤为重要。

1.2.1 爆破振动理论的研究现状

爆破振动效应是炸药在介质中爆炸,其中部分能量以振动波在介质中传播,从而引起周围土体以及建筑振动的现象。为了防止爆破振动对建筑结构造成破坏,需要对爆破振动进行深入的研究。

国外学者很早就对爆破振动进行了研究,分析振动的传播规律[2]。美国学者Rockwell  E.H 在 1927 年第一次发表了关于爆破对结构影响的文章,揭开了对爆破振动研究的序幕。在此之后,学者们纷纷开展了对爆破振动的试验和监测等研究。其中 Crandle 在 1949 年对爆破振动的传播以及规律进行了研究。1950 年 Morris 首次根据爆心距及装药量等参数,提出爆破振动规律的经验公式[3]。

我国是在 20 世纪 70 年代后开始致力于爆破振动的研究,当时国内对爆破振动理论知之甚少,依靠国外的设备与技术,国内学者从无到有,从最基本的爆破振动传播理论、影响因素和安全控制标准开始,不断在实际工程中研究与应用,逐步形成了适合我国工程的经验,并且取得了丰富的研究成果[4,5]。

.......................


2  爆破振动特性及对建筑物影响的理论分析


2.1 爆破振动波的原理

炸药爆炸的过程十分复杂,首先是炸药被雷管引爆后,由于装炸药的炮孔非常狭小,炸药爆炸后产生的冲击荷载,瞬间作用在炮孔孔壁,其冲击荷载十分巨大,造成周围土体的强烈振动,使爆破振动波在土体中快速传播。岩土体的弹性很差,在巨大的荷载冲击下,周围的岩土体发生严重的塑性变形,变为碎石颗粒,形成破碎区。由于破碎区受到了周围岩土体的约束作用,所以,破碎区只是很小的区域,但是能消耗大部分的振动能量,使振动波应力大幅度下降。剩余振动能量继续以振动波向周围岩土体传播,尽管振动波能量骤降,不足使岩土体破坏,仍会使岩土体产生非弹性变形,形成裂缝区。此时振动能量波虽然衰减,但是衰减量较少且衰减缓慢,裂缝区域要比破碎区域大。随着与爆源距离的增加,爆破振动波能量越来越小,岩土体只会做小范围的弹性运动,而不会发生任何破坏现象。此区域被称为弹性振动区,弹性振动区比破碎区、裂隙区要大很多,但弹性振动区的振动波对建筑结构造成的损伤是比较大的[49]。爆破振动波影响区域如图 2.1 所示: 

图 2.1  爆破振动波影响区域图

...........................


2.2 爆破振动波的分类

爆破振动波按照不同的传播途径,分为体波、面波。体波是在介质内部传播振动波,体波既有纵波,也有横波,纵波传播速度很快,而横波的传播速度很慢。面波是在介质表面传播的振动波,具有很大的能量,波速比体波的波速慢,通常是最后才被记录。当传播距离比较短时,体波和面波到达的时间几乎一致,只有在传播距离较远时,才能分辨清楚。同时,在爆破施工过程中,由于面波的振幅大,持续时间长,能量大,往往会造成岩土体和地表建筑结构的破坏[50]。

为了了解爆破振动波能量的衰减规律、传播规律、对周围岩土体的影响以及对周边建筑结构的影响规律[51],首先要对爆破振动波的特征进行了解。

装药量对爆破振动影响主要是体现在炸药爆炸释放的能量以及爆炸的时间等方面。从研究人员做的大量实验数据中发现,装药量对爆破振动强度起到决定性作用。根据实地工程的监测发现,单段起爆装药量越大,爆破振动强度就越强。同时,由于爆破振动波的相互叠加影响,可能造成爆破振动的增强或衰减[54]。所以,选择合理的装药量对隧道爆破振动强度是十分重要的。

.........................


3  爆破振动的数值模拟............................ 19

3.1  基于 MIDAS/GTS NX 爆破振动动力计算分析方法 .................. 19

3.1.1 MIDAS/GTS NX 软件介绍 .............................. 19

3.1.2  特征值分析 ............................. 19

4  爆破开挖对建筑物的影响 ................................ 35

4.1  实测数据与数值模拟数据分析对比 ................................. 36

4.2  隧道爆破数值模拟工况 A ...................... 38

5  隧道爆破振动减振措施的研究分析 ............................ 60

5.1  隧道爆破减振措施分析 ................................... 60

5.1.1  切槽爆破减振措施研究分析 ................................. 60

5.1.2  缓冲孔爆破减振措施研究分析 ........................ 63


5  隧道爆破振动减振措施的研究分析


5.1  隧道爆破减振措施分析

尽管在上文中的实测数据和模拟数据都在国家规范规定的范围内,但是由于建筑物是年代久远的砖混结构,因地基沉降建筑物结构自身已经产生很多裂缝,并且建筑物在隧道径向长度较长,受爆破振动响应持续时间过长,难免会使裂缝过度加大,影响建筑物的使用功能。因此在国家规范的前提下,还要尽可能的降低爆破振动对建筑物的影响,以保证建筑物的稳定和安全。

通过第二章爆破振动对建筑物影响因素的理论分析,表明在爆破过程中,装药形式、施工工艺、爆破周边地质情况以及建筑物自身特性等,都很大程度的影响了建筑物在爆破施工时的动力响应情况。同时,在第四章四种工况的模拟数据表明,在传播过程中,遇到的空洞能在一定程度上降低爆破对建筑物的影响,所以,提出以下两种减振措施。

图 5.1  切槽减振措施施工图

.........................


6  结论与展望


6.1  结论

本文以轨道交通某工程为依托,以隧道爆破振动对临近砖混建筑物的影响为研究主题,目的是通过理论分析、现场监测、数值模拟分析,研究隧道爆破开挖对建筑结构的影响规律,分析爆破振动对建筑物的影响因素,并提出适合本工程的减振措施,为今后的施工及类似的工程提供经验。具体得出以下结论:

(1)根据模拟数据结果表明,四种工况爆

该论文为收费论文,请扫描二维码添加客服人员购买全文。
1