基本信息
- 项目名称：
- 青岛海底隧道爆破施工研究--对邻近隧道振动影响及安全防护改进
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文主要以胶州湾湾口隧道青岛端接线工程为依托，对隧道掘进爆破振动实施监测，历时约三年时间，通过大量实测数据以及现场勘察，在2009年撰写学术论文《海底隧道城区段开挖爆破振动监测》，在2010年撰写国际学术会议论文《隧道爆破施工对邻近隧道的影响》，同时通过分析隧道凿岩作业工人施工安全隐患，设计出一种凿岩作业台安全防护架，申请国家实用新型专利并取得授权。以此三项成果为基础，完成了本次挑战杯作品。
- 详细介绍：
- 本文主要以胶州湾湾口隧道青岛端接线工程为依托，对隧道掘进爆破振动实施监测，历时约三年时间，通过大量实测数据以及现场勘察，在2009年撰写学术论文《海底隧道城区段开挖爆破振动监测》，在2010年撰写土木工程、建筑与建材国际学术会议EI检索论文《Influence of Tunnel Blasting on the Close-spaced Tunnel》（《隧道爆破施工对邻近隧道的影响》），同时通过分析隧道凿岩作业工人施工安全隐患，设计出一种凿岩作业台安全防护架，该防护架可以有效的提高了工人在凿岩作业时的安全性以及舒适性，申请国家实用新型专利并取得授权。以此三项成果为基础，完成了本次挑战杯作品。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 施工隧道的爆破开挖可能会引起邻近既有隧道损伤，从而会影响既有隧道的稳定和安全，同时爆破开挖也会对隧道上方既有建筑物造成影响。 本文通过对胶州湾海底隧道团岛二路出口匝道爆破施工的振动速度与主振频率的规律研究，得到其在水平径向，水平切向和垂直方向上对既有隧道的放大与衰减效应。 同时通过分析隧道凿岩作业工人施工安全隐患，设计出一种凿岩作业台安全防护架，有效的提高了工人在凿岩作业时的安全性以及舒适性。
科学性、先进性及独特之处
- 1、从水平径向，水平切向和垂直三个方向上同时对爆破振动速度和主振频率进行分析研究，其中关于振动峰值速度、主振频率与掌子面距离之间的变化规律，尚未在国内正式（公开）发表的文献中检索到。 2、首次明确提出振速放大、衰减效应，主频放大、衰减效应的定义。 3、以青岛海底隧道工程为依托，采用先进的监测仪器，得到的所有实验数据均准确可靠。 4、首次设计出一种可以大范围保护凿岩作业工人安全的防护架。
应用价值和现实意义
- 1、青岛地铁建设在即，该作品研究成果可以在其爆破开挖振动控制方面得到应用。 2、国内的隧道爆破掘进，特别是海底隧道爆破掘进尚属罕见，本次的振动监测分析为日后的工程研究奠定重要基础。 3、该凿岩作业台安全防护架提高了工人在凿岩作业时的安全性与舒适度，该安全防护架具有加工精度要求低、制造成本低、行走阻力小、便于移动、使用寿命长等优点，具有极高的推广价值。
学术论文摘要
- 通过对胶州湾海底隧道团岛二路出口匝道暗挖段爆破施工在主隧道内的监测，得到匝道爆破施工对邻近主隧道的振动影响。以垂直，水平径向和水平切向三个方向的振动速度及主振频率监测数据为依据，分析得到主隧道的最大振动速度出现在其对应匝道工作面后方5~20m处。在水平切向和水平径向上主隧道对应匝道工作面后方的振速放大效应比前方更为明显，在垂直方向上工作面前方出现振速衰减效应。主隧道的主振频率在其对应工作面后方的水平径向上出现主频衰减效应。在垂直方向上，主隧道对应匝道未开挖区比已开挖区有更明显的主频放大效应。同时通过分析隧道凿岩作业工人施工安全隐患，设计出一种凿岩作业台安全防护架，该防护架可以有效的提高了工人在凿岩作业时的安全性以及舒适性。
获奖情况
- 1、论文《Influence of Tunnel Blasting on the Close-spaced Tunnel》（《隧道爆破施工对邻近隧道的影响》）已被2011年土木工程、建筑与建材国际学术会议录用，将在国际期刊《Advanced Materials Research》上发表，可被EI检索。 2、隧道凿岩作业台安全防护改进“一种凿岩作业台安全防护架”已申请国家实用新型专利并取得授权。 3、本论文获得2011年山东科技大学第六届挑战杯课外学术作品竞赛一等奖。 4、论文《海底隧道城区段开挖爆破振动监测与分析》获2009年山东科技大学第五届挑战杯课外学术作品竞赛二等奖。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]王海亮.工程爆破[M]．北京：中国铁道出版社，2008：87-109. [2]Rucang BAO, Tongwei GAO, Lianjun CHEN and Hailiang WANG, in: Proceedings of the 2009 International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics, edited by LI Shengcai, WANG Yajun, CAO Fengxia, ZHAO Shanshan and ZHOU Shuqiong, volume 8 of Theory and Practice of Energetic Materials, section 5 , miscellaneous, Science Press Publishers (2009). [3]Rucang BAO, Tongwei GAO, Lianjun CHEN and Hailiang WANG, in: Proceedings of the 2009 International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics, edited by LI Shengcai, WANG Yajun, CAO Fengxia, ZHAO Shanshan and ZHOU Shuqiong, volume 8 of Theory and Practice of Energetic Materials, section 5 , miscellaneous, Science Press Publishers (2009). [4]高俊青. 新库鲁塔格隧道爆破施工引起邻近既有隧道振动特征的研究[J]. 铁道建筑,2009(10)：52-56. [5]许海亮. 隧道掘进爆破震动放大效应试验研究[J].地下空间与工程学报,2007,8(4):609-612. [6]孙立功,刘杰.隧道工程[M].四川:西南交通大学出版社, 2009: 51-90. [7]宋秀清,刘杰.隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2009:2-10.
同类课题研究水平概述
- 国内外研究现状： 爆破地震波破坏作用不容忽视，如不加以控制，则会对生产建设造成很大的危害和不应有的经济损失。 1、爆破对既有隧道影响研究现状 在爆破施工中如果爆源距离既有隧道较近，那么爆破产生的地震波可能引起既有隧道衬砌的损伤，弱化衬砌结构的强度，从而引起既有隧道稳定性的问题。研究爆破地震波对既有隧道衬砌的影响就显得十分重要。目前，国内外一些岩土专业学者对此都进行了较为深入的研究。 Yu.T.R根据衬砌材料的动态拉应力破坏准则，考虑到质点振速与动态抗拉应力的关系，建立一种新的判据，即动态抗拉应力判据。 毕继红等运用有限元基本原理，采用ANSYS软件对既有隧道爆破振动进行了研究，分别就不同围岩、不同隧道间距情况下既有隧道振动进行分析。结果表明：既有隧道迎爆面边墙振速最大；围岩越坚固，振速越大；当间距小于一倍洞径时，隧道衬砌的振动速度会超过容许值；围岩的振速与爆源距离是非线性的。 爆破对既有隧道的作用与影响，受爆源、介质和隧道自身三大条件的影响。由于影响因素比较复杂造成对这一问题的研究与解决也比较困难。 2、爆破对地表振动影响研究现状 爆破过程中，地震波通过岩石介质向外传播，在传播过程中引起介质的振动，传至地表则引起地表的振动，它在一定范围内影响地面建筑物的结构稳定性，甚至造成结构的破坏。许多学者都进行了爆破对地表振动的研究。 我国在这一领域起步较晚，但是也做了一些工作，如：陈泽观等采用IDTS3850爆破震动记录仪进行现场监测，利用速度—频率判据对房屋安全性进行判断，同时对经验公式进行回归分析，得出适合该场地爆破地震波的传播公式，以便在实际中根据房屋保护要求，给出石方的爆破允许炸药量。 3、隧道凿岩作业施工安全防护现状 地下岩体在开挖过程中，由于采掘活动引起隧道围岩应力集中和重新分布，使巷道周边岩体自稳能力显著降低，导致向巷道空间移动，从而极易产生由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，对工人的生命产生威胁。 在现行的大多数凿岩施工作业中，都是以人工为主，机械化程度并不高，而工人的最主要的防护措施是佩戴安全帽，并不能有效的清除上方冒落岩石对工人安全的威胁。而现有技术中凿岩作业台的顶部没有防护措施，隧道顶部的下落石块等重物极容易伤害到工人，甚至危及工人的生命安全。 由此可见，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
