[发明专利]一种爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法

说明书

本发明公开了一种爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法，其评估方法步骤如下：步骤一：钢拱架支护隧道稳定性分析；步骤二：支护钢拱架动态响应参数计算；钢拱架最大应变值在立柱底部，为‑102με，而拱顶应变值最小，为‑4με，说明动载作用下钢拱架主要是受垂直方向振动，且最大受力部位在立柱底部。在支护钢拱架抗动载设计时，可以考虑立柱底部加粗，并在立柱与围岩接触部位加固；测量断面隧道内表面加速度在20m/s2左右；测量断面的隧道和支护结构主要受低频振动影响，其主要振动频率在20Hz以下：通过对钢拱架应变及隧道表面加速度测量的分析，认为主隧道测量断面的隧道及支护结构是安全的。

技术领域

本发明涉及一种评估方法，具体是一种爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法。

背景技术

地下洞室、隧道等工程开挖过程中，钻爆法以其快速、灵活、高效的特点而被广泛使用，然而围岩爆破过程中产生的冲击波在击碎地质介质的同时,也影响到爆炸源临近区的稳定与安全。目前采用钢拱架为基础的柔性支撑因其具有截面刚度大、抗弯扭能力强、前期支护强度大、易加工、稳定性能好等特点，被广泛应用在地下洞室的防护中，特别是钻爆法施工或大跨度隧道公路开挖生产的首选。以往的地下隧道支护设计通常只考虑了原岩地压力的影响，而爆破动载对周边防护设施的影响未引起足够的重视。尤其是在大跨度洞室条件下，动载作用下引起的隧道变形大，往往导致支护强度不够，引起隧道在爆破动载下发生失稳破坏甚至坍塌，如出现冒顶、顶板下沉等现象。因此，监测分析爆破载荷下钢拱架支护结构的动力响应,对重要部位破坏机理研究、评估公路隧道支护结构的安全稳定性，以及优化支护设计有重要意义。

研究爆破振动对隧道钢拱架安全影响方法，大体分为数值模拟和现场监测两类。但由于爆破形式多样、通常地下地质条件复杂、岩石力学性质各不一样，数值模拟结果的不确定性不可忽视。而原位监测爆破振动对隧道钢拱架结构的应力应变响应参数，可以准确地获得爆破作用下隧道掘进中钢拱架结构的动力响应规律，分析其振动能量、频率、收敛性，从而有助于可靠地评估其安全稳定性，是比较切实可行的方法。

本次测量对象为西秦岭隧道长8.72km，为直墙半圆形洞室6.0m(高)×6.0m(跨)。该隧道位于甘肃省陇南市武都区境内，建在侵蚀堆积厚层黄土覆盖的垄状中低山区，隧道埋深约150m，沿隧道轴线主要穿过湖相沉积的软岩和极软岩，胶结性不良，成岩性差，为了确保施工安全需开展爆破作用下支护钢拱架动力响应测量，给出了爆破作用下的安全评估意见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法，其评估方法步骤如下：

步骤一：钢拱架支护隧道稳定性分析；

步骤二：支护钢拱架动态响应参数计算。

作为本发明进一步的方案：爆破冲击作用下支护钢拱架动力响应评估方法实验测量方案如下：实验在爆破作用下的地下隧道进行，选取的测量断面距离爆源150米。

作为本发明再进一步的方案：实验测量测量方案参数包括支护钢拱架动态应变和钢拱架支护位置围岩表面加速度。

作为本发明再进一步的方案：实验测量测量方案中包括应变传感器和加速度传感器，其中应变传感器粘贴在钢拱架上，加速度传感器安装在钢拱架接触围岩壁的位置，应变传感器、加速度传感器、动态放大器、示波器及触发信号共同组成测量系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)钢拱架最大应变值在立柱底部，为-102με，而拱顶应变值最小，为-4με，说明动载作用下钢拱架主要是受垂直方向振动，且最大受力部位在立柱底部。在支护钢拱架抗动载设计时，可以考虑立柱底部加粗，并在立柱与围岩接触部位加固；