一种适用于深埋圆形隧洞的围岩应力快速测算方法

摘要

一种适用于深埋圆形隧洞的围岩应力快速测算方法，设置各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔分两段起爆，引爆后根据振动监测仪器量测到的各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔第一段起爆时的单段振动速度时程曲线，确定掌子面上主应力，继而根据掌子面上最大主应力确定隧洞轴向应力。其优点是：利用常规的爆破作业和振动监测，无需额外设备，操作方便，能够在爆破施工过程中实时动态地估算掌子面附近的围岩应力。主要适用于水电、交通、矿山等领域深埋地下工程的围岩地应力快速测量。

主权项

一种适用于深埋圆形隧洞的围岩应力快速测算方法，包括如下步骤：⑴按照隧洞开挖爆破设计，在完整岩体的开挖掌子面上由圆心向圆周依次布置一圈或多圈掏槽炮孔、崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔，所述各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔分两段起爆；所述崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔各圈第一段爆破的炮孔连成的圆弧为劣弧，所述劣弧对应的角度均等或相接近，所述劣弧的隧洞径向方位由圆心向圆周连续地覆盖0‑180°范围；⑵在已开挖隧洞围岩不同爆心距处布置多个振动监测仪器，量测隧洞轴向、垂直于隧洞轴向和竖直向的爆破振动速度时程曲线；其特征在于：⑶引爆后，根据振动监测仪器量测到的各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔第一段起爆时的单段振动速度时程曲线，确定掌子面上主应力，具体包括如下子步骤：①根据所述崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔各圈第一段炮孔连线的隧洞径向方位，由量测的振动速度时程曲线计算各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔第一段起爆时的隧洞径向和环向振动速度时程曲线，对隧洞轴向、径向和环向的单段振动速度时程曲线进行幅值谱分析，采用数字信号滤波方法对爆炸荷载和地应力瞬态释放激发的振动速度时程曲线进行分离；②比较各圈崩落炮孔、缓冲炮孔和光爆炮孔第一段起爆时地应力释放激发的隧洞环向振动幅值大小，将振动幅值最大和最小的段别所在的方位确定为掌子面上主应力方向；③在掌子面主应力方向上，比较地应力瞬态释放和爆炸荷载引起的隧洞径向振动幅值，按照振动幅值与弹性振动边界上的荷载大小成正比的关系，根据弹性振动边界上爆炸荷载压力确定弹性振动边界上的地应力，利用深埋圆形隧洞弹性分布的二次应力状态公式，估算掌子面上最大、最小主应力；⑷在不同的爆破循环中改变炮孔深度，使隧洞轴向应力和掌子面上最大主应力的卸载边界相接近，比较轴向应力释放激发的隧洞轴向振动幅值和掌子面上最大主应力释放激发的隧洞径向振动幅值，按照振动幅值与应力大小的正比关系，根据步骤(3)计算得到的掌子面上最大主应力确定隧洞轴向应力。