岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (5): 1401-1411.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1228

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空洞对隧道喷射混凝土爆破振动特性 及安全评价的影响研究

杨建华1,黄启欢1,姚池1,张小波1,周创兵1,陶铁军2   

  1. 1. 南昌大学 工程建设学院,江西 南昌 330031;2. 贵州大学 土木工程学院,贵州 贵阳 550025
  • 收稿日期:2021-08-06 修回日期:2022-03-06 出版日期:2022-05-11 发布日期:2022-05-02
  • 通讯作者: 姚池,男,1986年生,博士,教授,主要从事岩石破坏和水力耦合方面的研究工作。E-mail: chi.yao@ncu.edu.cn E-mail:yangjianhua86@ncu.edu.cn
  • 作者简介:杨建华,男,1986年生,博士,教授,主要从事岩石动力学及工程爆破方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 51969015,No. 52179102);江西省自然科学基金资助项目(No. 20204BCJ23002)。

Influence of cavities on blasting vibration characteristics and safety assessments of tunnel shotcrete

YANG Jian-hua1, HUANG Qi-huan1, YAO Chi1, ZHANG Xiao-bo1, ZHOU Chuang-bing1, TAO Tie-jun2   

  1. 1. School of Infrastructure Engineering, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China; 2. School of Civil Engineering, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China
  • Received:2021-08-06 Revised:2022-03-06 Online:2022-05-11 Published:2022-05-02
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51969015, 52179102) and the Natural Science Foundation of Jiangxi Province (20204BCJ23002).

摘要: 在隧道工程施工过程中,爆破开挖与喷射混凝土支护往往交替进行,爆破振动可能会造成局部的喷射混凝土与围岩表面之间失去黏结力,二者脱离形成空洞。采用薄板振动理论模型、三维离散元程序3DEC数值模拟及现场实测振动分析相结合的方法,研究了隧道喷射混凝土与围岩之间的空洞对混凝土喷层爆破振动特性及安全评价的影响。研究结果表明,当隧道喷射混凝土与围岩之间存在空洞时,空洞处喷射混凝土的振动速度增大、振动持续时间变长、振动频率降低,振动的幅值-频率谱具有明显的单峰现象,回归分析得到的质点峰值振动速度衰减速率更快;空洞的存在导致隧道混凝土喷层爆破振动危险区域增大,致使选择的喷射混凝土支护时机滞后、采用的最大单响药量偏低,从而降低了隧道开挖的施工效率、增加了工程成本。

关键词: 隧道, 喷射混凝土, 空洞, 爆破振动, 质点峰值振动速度

Abstract: During tunnel construction, blasting excavation and shotcrete are usually carried out alternately. Under blasting vibration, the bond between shotcrete and tunnel rock may be lost, resulting in local cavities at the interface. In this study, the influence of the cavity on blasting vibration characteristics and safety assessments of the tunnel shotcrete are investigated by using a theoretical model of thin-plate vibration, 3DEC modeling and field monitoring. The results show that when cavities exist at the interface between shotcrete and surrounding rock, the vibration velocity is amplified, the vibration duration becomes longer and the vibration frequency decreases for the shotcrete at the cavity location. Furthermore, the amplitude-frequency spectrum of the vibration has only one prominent peak. In addition, the peak particle velocity (PPV) decays faster with distance based on the regression analysis. For the safety assessments of the shotcrete layer, the extent of the dangerous zone is increased accordingly because the vibration on the shotcrete at the cavity location is amplified. As a result, the support time of shotcrete needs to be delayed and the maximum charge weight per delay needs to be reduced so as to ensure the safety of shotcrete under blasting vibration. This will lead to a decrease in the tunnel excavation efficiency and an increase in the construction cost.

Key words: tunnel, shotcrete, cavity, blasting vibration, peak particle velocity

中图分类号: U 455
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