摘要
随着国民经济的迅速发展，带来的对交通基础设施总需求量的不断增长。大规模的快速铁路客运网络建设特别是线路必须尽量取直的高速铁路，必定会出现越来越多的空间交叉甚至交叉角度非常小的铁路隧道。小角度邻近铁路隧道的爆破施工动力研究还不够充分和深入，对于出现的爆破影响分区还无法解决，设计和施工还无规范、标准可参考，爆破围岩损伤力学机理还没有系统的阐述。对小角度下穿既有铁路隧道结构所受爆破动力影响规律进行分析，进而提出爆破施工动力影响分区指标，划分出铁路隧道强影响区、弱影响区和无影响区范围大小是亟待解决的问题。本文依托龙泉市塔石公路隧道小角度下穿建设完工的衢宁铁路塔石岭隧道工程，不同的爆破参数、围岩级别、交叉角度以及交叉净距都会对既有铁路隧道结构动力影响规律造成影响，针对爆破施工参数，提出隧道爆破设计参数优化方案；综合分析不同影响因素所占权重，提出基于层次分析法的既有铁路隧道爆破影响分区及控制对策。因此，本文通过理论分析、数值模拟、层次分析和监控量测方法，对岩石爆破近中区围岩损伤机理与损伤效应、远区既有铁路隧道结构动力响应规律及影响分区进行了较系统的研究。主要研究成果如下： （1）根据岩石爆炸和损伤断裂的微观力学机理，分别分析了岩石损伤断裂的爆炸应力波作用初期和爆生气体准静态作用后期的力学机理，计算出两个不同阶段爆破近中区围岩的损伤变量、微裂纹平均半径和损伤区域大小。 （2）为评价岩石爆破对围岩造成的损伤，对爆破裂纹扩展全过程进行数值模拟分析，并开展主干裂纹与支干裂纹的数理统计分析，总结爆破产生的冲击波和应力波对裂缝扩展的作用效果。 （3）分别对不同爆破参数、围岩级别、交叉角度以及交叉净距下既有铁路隧道结构的动力响应进行数值模拟分析，得到以下结论：不同爆破参数和交叉净距条件下爆破施工引起既有隧道结构振动速度、衬砌应力和结构位移值明显大于不用围岩级别和交叉角度条件下既有隧道结构振动速度、衬砌应力和结构位移值；最大值主要出现在隧道结构迎爆侧，最小值主要出现在背爆侧。掏槽孔最大段装药量与爆心距离大小是既有隧道结构动力响应规律的主要影响因素，在爆破影响不同分区控制中需要引起重视。 （4）分别对爆破参数、围岩级别、交叉角度以及交叉净距影响因素对铁路隧道影响分区指标的贡献权重进行层次分析，得到以下结论：选取振动速度P1作为既有铁路隧道结构影响分区最优指标；选择既有隧道结构振动速度5.65cm/s作为振动速度控制上限，4.80cm/s作为强弱影响区的分界点，4.08cm/s作为弱无影响区的分界点；既有隧道结构强影响区距离交叉中心为26.05m，弱影响区距离交叉中心为26.05～31.83m，无影响区距离交叉中心为31.83m以上。 （5）无影响区爆破施工对策控制要点为隧道衬砌结构振动速度、净空位移收敛、衬砌开裂及发展情况监测，监测数据及时分析，反馈施工参数及调整，做到爆破信息化施工。弱影响区爆破施工对策控制要点为掏槽孔最大段药量低于13.14kg，减小隧道开挖循环进尺为2.00m以下，台阶法开挖与增加开挖临空面，增加雷管段别，避免爆破波叠加。强影响区爆破施工对策控制要点为综合应用弱影响区与无影响区控制要点，并加强爆破振动速度现场监测点的方案布置和测点优化。 综合分析研究结果可以得出：小角度下穿既有铁路隧道爆破施工中需要严格控制掏槽孔最大段药量小于13.14kg和爆心距离值的大小变化情况16.90~24.97m。不同影响区的控制对策和控制要点，应根据现场监测数据情况，及时反馈修正和调整，做到爆破控制信息化施工，确保既有隧道结构动力响应安全。
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