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钻爆法施工管棚支护精细模拟研究

汇报人：

2024-01-29

引言

钻爆法施工管棚支护技术概述

精细模拟方法与模型建立

钻爆法施工管棚支护过程模拟分析

结果讨论与优化建议

结论与展望

引言

01

钻爆法作为一种常用的隧道施工方法，具有成本低、适应性强等优点，在隧道工程中得到了广泛应用。

管棚支护是钻爆法施工中的重要环节，对于保障隧道施工安全和围岩稳定具有重要意义。

然而，传统的管棚支护设计方法往往基于经验或半经验公式，缺乏精细化模拟分析，难以满足复杂地质条件下的施工要求。

因此，开展钻爆法施工管棚支护精细模拟研究，对于提高隧道施工的安全性和经济性具有重要意义。

国内外学者在钻爆法施工管棚支护方面开展了大量研究，主要集中在管棚支护的力学机理、设计方法和数值模拟等方面。

在力学机理方面，通过对管棚与围岩相互作用的研究，揭示了管棚支护的承载机制和变形规律。

在设计方法方面，提出了基于经验公式、数值分析和智能优化算法等多种管棚支护设计方法，为工程实践提供了有力支持。

在数值模拟方面，采用有限元、离散元等数值方法，对钻爆法施工管棚支护过程进行了模拟分析，为优化设计和施工控制提供了依据。

未来发展趋势将更加注重精细化模拟、智能化设计和施工过程的实时监控等方面。

建立精细化数值模型，考虑围岩非均质性和节理裂隙等复杂地质条件；分析不同管棚支护参数（如管径、间距、倾角等）对支护效果的影响规律；探讨钻爆参数（如炸药量、炮眼布置等）与管棚支护的相互作用机制。

文献综述、理论分析、数值模拟和现场试验等。通过综合运用这些方法，以期获得更加全面和深入的研究成果。

具体研究内容包括

采用的研究方法主要包括

钻爆法施工管棚支护技术概述

02

钻爆法施工特点

具有施工速度快、成本低、适应性强等优点，但同时也存在噪音大、粉尘多、对围岩扰动大等缺点。

钻爆法施工原理

利用钻孔机械在岩石中钻出炮孔，装入炸药进行爆破，使岩石破碎并形成设计轮廓，然后进行支护和清渣等作业。

管棚支护结构形式

由钢管和注浆材料组成，钢管一般采用无缝钢管，注浆材料可采用水泥浆、水泥砂浆或化学浆液等。

管棚支护作用

在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓线外一定范围内，以一定的间距和角度钻孔并安装钢管，形成管棚支护结构。该结构能够有效地承受隧道开挖过程中的围岩压力，防止围岩坍塌和变形，保证隧道施工的安全和顺利进行。

01

施工准备

包括场地平整、设备进场、材料准备等。

02

钻孔作业

根据设计要求和地质条件，选择合适的钻孔机械和钻头进行钻孔作业。

03

清孔与验孔

钻孔完成后，需要进行清孔和验孔工作，确保炮孔符合设计要求。

装药与连线

01

按照设计要求的装药量和连线方式进行装药和连线作业。

02

爆破作业

在确认装药和连线无误后，进行爆破作业。

03

通风排烟

爆破完成后，需要进行通风排烟工作，确保隧道内空气流通。

对隧道内进行安全检查和处理工作，确保隧道施工安全。

在隧道开挖轮廓线外一定范围内钻孔并安装钢管形成管棚支护结构然后进行注浆作业使管棚支护结构固定并达到设计强度要求。

安全检查与处理

管棚支护施工

精细模拟方法与模型建立

03

将连续体离散化为有限个单元，通过单元节点相互连接，形成整体结构进行分析。

有限元法

离散元法

边界元法

将研究对象划分为相互独立的单元，通过单元间的相互作用和运动规律模拟整体行为。

只在定义域的边界上划分单元，通过满足边界条件求解内部点的物理量。

03

02

01

根据实际工程情况，确定模型尺寸、约束和加载方式。

确定模型尺寸和边界条件

选择合适的材料模型

划分网格

设置初始条件和求解参数

根据岩石、土壤等材料特性，选择合适的本构模型进行模拟。

将模型离散化为有限个单元，确保计算精度和效率。

根据模拟需求，设置初始应力场、位移场等初始条件，以及求解时间步长、收敛准则等参数。

将模拟结果与室内试验或现场监测数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。

与实验结果对比

根据对比结果，对模型参数进行修正，提高模拟精度。

修正模型参数

通过反复迭代优化，使模型更贴近实际工程情况，为钻爆法施工管棚支护提供有力支持。

反复迭代优化

钻爆法施工管棚支护过程模拟分析

04

根据工程需求和地质条件，选择合适的钻孔机械，如潜孔钻、旋挖钻等。

钻孔机械选择

确定钻孔直径、深度、间距等参数，以满足管棚支护的施工要求。

钻孔参数确定

采用数值模拟方法，模拟钻孔过程中的应力、变形等变化，分析钻孔对围岩的影响。

钻孔过程模拟

爆破方案设计

根据工程需求和地质条件，设计合理的爆破方案，包括炮孔布置、装药量、起爆顺序等。

爆破参数确定

确定爆破震动速度、冲击波压力等参数，以评估爆破对围岩和管棚支护结构的影响。

爆破过程模拟

采用数值模拟方法，模拟爆破过程中的应力波传播、岩石破碎等过程，分析爆破