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伴随大量客运专线大断面隧道的建设,人们越来越关注控制爆破技术,以及爆破开挖所引起的振害效应。为此,开展爆破振动的研究工作,寻求经济合理的减振爆破技术及相关的防振抗振方法具有极其重要的现实意义和社会意义。本论文结合武广客运专线上,中铁隧道局施工的天鹅岭隧道和新南岭隧道开展试验研究。这两座隧道都是以石灰岩为主,埋深普遍较浅,其中Ⅴ级围岩占14%、Ⅳ级围岩占23%,隧道需穿越岩溶段、断层破碎带、浅埋段等不良地层,施工难度大、工期要求紧,因此结合隧道施工各区段的地质条件、开挖方式等具体情况,进行了爆破振动和损伤控制技术研究,开展了洞壁爆破振动检测、周边光面爆破和预裂爆破对比试验,信息化爆破设计与施工资料收集,在已有的研究工作基础上进行深入系统的研究。
首先,通过现场振动监测结果,对比不同作用炮孔引起的爆破振动,得出掏槽眼爆破引起的振动效应最强烈;回归分析了爆破振动经验公式,说明了回归公式中的K、α值与地质条件和爆破性质的相关性;提出了降低爆破振动的掏槽方案和减振技术;确定了该试验隧道段二次衬砌距掌子面的最小安全距离。
其次,基于光面爆破、预裂爆破所引起的围岩损伤效应不同,利用振动监测数据、爆破振动波形的功率谱及声波检测的结果,定性定量地说明:预裂爆破在隧道内的减振作用虽然存在,但对于围岩的损伤要大于光面爆破;提出了预裂-光面爆破法在隧道建设中的应用,及其预裂孔位的确定两原则。
再次,针对爆破振动信号的短时非平稳性,通过实例分析,对比了FFT、WT和HHT三种时频分析方法在处理爆破振动信号时的优劣。重点介绍了Hilbert-Huang变换理论,由于不受傅立叶变换理论的束缚,更能适应信号突变快、衰减快的特征,证明了应用HHT来分析处理爆破振动信号是先进的、有效的和实用的。
最后,根据信息化施工建立了相应的监控系统,及时获得爆破振动的信息,据此调整爆破施工参数与设计方案,确保施工安全。总结的信息化爆破设计与施工方法为优化爆破方案、改善爆破效果有重要作用,有利于指导爆破施工的安全顺利进行。从而达到提高爆破质量、加快隧道掘进速度、降低工程成本的目的。