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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 青島海底隧道爆破施工研究--對鄰近隧道振動影響及安全防護(hù)改進(jìn)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 本文主要以膠州灣灣口隧道青島端接線工程為依托，對隧道掘進(jìn)爆破振動實(shí)施監(jiān)測，歷時約三年時間，通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場勘察，在2009年撰寫學(xué)術(shù)論文《海底隧道城區(qū)段開挖爆破振動監(jiān)測》，在2010年撰寫國際學(xué)術(shù)會議論文《隧道爆破施工對鄰近隧道的影響》，同時通過分析隧道鑿巖作業(yè)工人施工安全隱患，設(shè)計(jì)出一種鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架，申請國家實(shí)用新型專利并取得授權(quán)。以此三項(xiàng)成果為基礎(chǔ)，完成了本次挑戰(zhàn)杯作品。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文主要以膠州灣灣口隧道青島端接線工程為依托，對隧道掘進(jìn)爆破振動實(shí)施監(jiān)測，歷時約三年時間，通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場勘察，在2009年撰寫學(xué)術(shù)論文《海底隧道城區(qū)段開挖爆破振動監(jiān)測》，在2010年撰寫土木工程、建筑與建材國際學(xué)術(shù)會議EI檢索論文《Influence of Tunnel Blasting on the Close-spaced Tunnel》（《隧道爆破施工對鄰近隧道的影響》），同時通過分析隧道鑿巖作業(yè)工人施工安全隱患，設(shè)計(jì)出一種鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架，該防護(hù)架可以有效的提高了工人在鑿巖作業(yè)時的安全性以及舒適性，申請國家實(shí)用新型專利并取得授權(quán)。以此三項(xiàng)成果為基礎(chǔ)，完成了本次挑戰(zhàn)杯作品。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 施工隧道的爆破開挖可能會引起鄰近既有隧道損傷，從而會影響既有隧道的穩(wěn)定和安全，同時爆破開挖也會對隧道上方既有建筑物造成影響。 本文通過對膠州灣海底隧道團(tuán)島二路出口匝道爆破施工的振動速度與主振頻率的規(guī)律研究，得到其在水平徑向，水平切向和垂直方向上對既有隧道的放大與衰減效應(yīng)。 同時通過分析隧道鑿巖作業(yè)工人施工安全隱患，設(shè)計(jì)出一種鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架，有效的提高了工人在鑿巖作業(yè)時的安全性以及舒適性。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1、從水平徑向，水平切向和垂直三個方向上同時對爆破振動速度和主振頻率進(jìn)行分析研究，其中關(guān)于振動峰值速度、主振頻率與掌子面距離之間的變化規(guī)律，尚未在國內(nèi)正式（公開）發(fā)表的文獻(xiàn)中檢索到。 2、首次明確提出振速放大、衰減效應(yīng)，主頻放大、衰減效應(yīng)的定義。 3、以青島海底隧道工程為依托，采用先進(jìn)的監(jiān)測儀器，得到的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均準(zhǔn)確可靠。 4、首次設(shè)計(jì)出一種可以大范圍保護(hù)鑿巖作業(yè)工人安全的防護(hù)架。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1、青島地鐵建設(shè)在即，該作品研究成果可以在其爆破開挖振動控制方面得到應(yīng)用。 2、國內(nèi)的隧道爆破掘進(jìn)，特別是海底隧道爆破掘進(jìn)尚屬罕見，本次的振動監(jiān)測分析為日后的工程研究奠定重要基礎(chǔ)。 3、該鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架提高了工人在鑿巖作業(yè)時的安全性與舒適度，該安全防護(hù)架具有加工精度要求低、制造成本低、行走阻力小、便于移動、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，具有極高的推廣價值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過對膠州灣海底隧道團(tuán)島二路出口匝道暗挖段爆破施工在主隧道內(nèi)的監(jiān)測，得到匝道爆破施工對鄰近主隧道的振動影響。以垂直，水平徑向和水平切向三個方向的振動速度及主振頻率監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析得到主隧道的最大振動速度出現(xiàn)在其對應(yīng)匝道工作面后方5~20m處。在水平切向和水平徑向上主隧道對應(yīng)匝道工作面后方的振速放大效應(yīng)比前方更為明顯，在垂直方向上工作面前方出現(xiàn)振速衰減效應(yīng)。主隧道的主振頻率在其對應(yīng)工作面后方的水平徑向上出現(xiàn)主頻衰減效應(yīng)。在垂直方向上，主隧道對應(yīng)匝道未開挖區(qū)比已開挖區(qū)有更明顯的主頻放大效應(yīng)。同時通過分析隧道鑿巖作業(yè)工人施工安全隱患，設(shè)計(jì)出一種鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架，該防護(hù)架可以有效的提高了工人在鑿巖作業(yè)時的安全性以及舒適性。
獲獎情況
- 1、論文《Influence of Tunnel Blasting on the Close-spaced Tunnel》（《隧道爆破施工對鄰近隧道的影響》）已被2011年土木工程、建筑與建材國際學(xué)術(shù)會議錄用，將在國際期刊《Advanced Materials Research》上發(fā)表，可被EI檢索。 2、隧道鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)改進(jìn)“一種鑿巖作業(yè)臺安全防護(hù)架”已申請國家實(shí)用新型專利并取得授權(quán)。 3、本論文獲得2011年山東科技大學(xué)第六屆挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)作品競賽一等獎。 4、論文《海底隧道城區(qū)段開挖爆破振動監(jiān)測與分析》獲2009年山東科技大學(xué)第五屆挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)作品競賽二等獎。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1]王海亮.工程爆破[M]．北京：中國鐵道出版社，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. 新庫魯塔格隧道爆破施工引起鄰近既有隧道振動特征的研究[J]. 鐵道建筑,2009(10)：52-56. [5]許海亮. 隧道掘進(jìn)爆破震動放大效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2007,8(4):609-612. [6]孫立功,劉杰.隧道工程[M].四川:西南交通大學(xué)出版社, 2009: 51-90. [7]宋秀清,劉杰.隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2009:2-10.
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 爆破地震波破壞作用不容忽視，如不加以控制，則會對生產(chǎn)建設(shè)造成很大的危害和不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。 1、爆破對既有隧道影響研究現(xiàn)狀 在爆破施工中如果爆源距離既有隧道較近，那么爆破產(chǎn)生的地震波可能引起既有隧道襯砌的損傷，弱化襯砌結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，從而引起既有隧道穩(wěn)定性的問題。研究爆破地震波對既有隧道襯砌的影響就顯得十分重要。目前，國內(nèi)外一些巖土專業(yè)學(xué)者對此都進(jìn)行了較為深入的研究。 Yu.T.R根據(jù)襯砌材料的動態(tài)拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則，考慮到質(zhì)點(diǎn)振速與動態(tài)抗拉應(yīng)力的關(guān)系，建立一種新的判據(jù)，即動態(tài)抗拉應(yīng)力判據(jù)。 畢繼紅等運(yùn)用有限元基本原理，采用ANSYS軟件對既有隧道爆破振動進(jìn)行了研究，分別就不同圍巖、不同隧道間距情況下既有隧道振動進(jìn)行分析。結(jié)果表明：既有隧道迎爆面邊墻振速最大；圍巖越堅(jiān)固，振速越大；當(dāng)間距小于一倍洞徑時，隧道襯砌的振動速度會超過容許值；圍巖的振速與爆源距離是非線性的。 爆破對既有隧道的作用與影響，受爆源、介質(zhì)和隧道自身三大條件的影響。由于影響因素比較復(fù)雜造成對這一問題的研究與解決也比較困難。 2、爆破對地表振動影響研究現(xiàn)狀 爆破過程中，地震波通過巖石介質(zhì)向外傳播，在傳播過程中引起介質(zhì)的振動，傳至地表則引起地表的振動，它在一定范圍內(nèi)影響地面建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至造成結(jié)構(gòu)的破壞。許多學(xué)者都進(jìn)行了爆破對地表振動的研究。 我國在這一領(lǐng)域起步較晚，但是也做了一些工作，如：陳澤觀等采用IDTS3850爆破震動記錄儀進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，利用速度—頻率判據(jù)對房屋安全性進(jìn)行判斷，同時對經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行回歸分析，得出適合該場地爆破地震波的傳播公式，以便在實(shí)際中根據(jù)房屋保護(hù)要求，給出石方的爆破允許炸藥量。 3、隧道鑿巖作業(yè)施工安全防護(hù)現(xiàn)狀 地下巖體在開挖過程中，由于采掘活動引起隧道圍巖應(yīng)力集中和重新分布，使巷道周邊巖體自穩(wěn)能力顯著降低，導(dǎo)致向巷道空間移動，從而極易產(chǎn)生由于巷道開挖而松動或塌落的巖體，對工人的生命產(chǎn)生威脅。 在現(xiàn)行的大多數(shù)鑿巖施工作業(yè)中，都是以人工為主，機(jī)械化程度并不高，而工人的最主要的防護(hù)措施是佩戴安全帽，并不能有效的清除上方冒落巖石對工人安全的威脅。而現(xiàn)有技術(shù)中鑿巖作業(yè)臺的頂部沒有防護(hù)措施，隧道頂部的下落石塊等重物極容易傷害到工人，甚至危及工人的生命安全。 由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。
