[发明专利]浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法

权利要求书

1.一种浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

包括以下步骤：

a、根据浅埋铁路隧道下穿民房软弱段的特点建立数值模型；

b、选取与浅埋铁路隧道下穿民房软弱段相应的数值模型的材料参数；

c、浅埋铁路隧道下穿民房软弱段的爆破模拟；

d、不同掏槽爆破方式的数值模拟结果分析；

e、结合浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工的工程实测数据进行验证，以满足爆破安全振动控制标准要求。

2.根据权利要求1所述的浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

所述步骤a中的数值模型建立，具体为：

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工的数值模型；

浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工采用分步分台阶开挖法，数值模型用于模拟隧道掌子面上台阶爆破掏槽时的震动效应；

铁路隧道的断面跨度为10m～20m，高为8m～15m，隧道拱顶至地面的埋置深度为8m～15m，隧道进尺为0.3m～1m；

沿着隧道掘进方向建立16m～50m的数值模型，掌子面前方未开挖长度为8m～25m，掌子面后方已开挖部分长度为8m～25m。

3.根据权利要求2所述的浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

为了防止爆破地震波在边界处发生反射，在数值模型两侧以及下侧施加无反射边界，数值模型上面为自由边界；

隧道段沿隧道中面对称，以隧道中面为对称面建立1/2模型，在对称面上施加对称约束，并且利用规则的六面体网格对数值模型进行划分，从而减少计算数值模型的工作量。

4.根据权利要求3所述的浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

当围岩级别为V类围岩时，上覆土层以坡残积土层为主，下伏岩层为泥岩夹砂岩或砂岩，地下水不发育，在建模过程不考虑地下水影响。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

所述步骤b中数值模型的材料参数选取包括岩石选取，具体为：

基于岩体在爆炸荷载下的大动载荷下的应力应变关系尚未清楚，而岩体在振动状态下弹性模量和屈服强度均随加载速率的变化而变化，岩体材料模型据此选取ANSYS/LS-DYNA程序中材料模型，该材料模型是与应变率有关和考虑失效的各向同性、随动硬化或各向同性和随动硬化的混合模型；

通过硬化参数β，来调整各向同性硬化和随动硬化的贡献，β＝0仅随动硬化，0<β<1为混合硬化，β＝1仅各向同性硬化；应变率对强度的影响用Cowper-Symonds模型来考虑，屈服应力σ_y与应变率关系如下所示：

式中，σ₀为初始屈服应力，为应变率，C、P为Cowper Symonds应变率参数，为有效塑性应变，E_P为是塑性硬化模量。

6.根据权利要求5所述的浅埋铁路隧道下穿民房软弱段爆破施工方法，其特征在于，

所述步骤b中数值模型的材料参数选取包括炸药选取，具体为：选取LS-DYNA中提供的高能炸药材料类型，爆轰压力P和单位体积比内能E及相对体积V的关系采用Jones、Wilkins、E.L.Lee提出的JWL状态方程模拟，该JWL状态方程的P-V关系如下：

其中，V为相对体积，E为单位体积比内能，A、B、R₁、R₂，ω为实验确定的材料常数；试验炸药为2号岩石乳化炸药：密度为1300kg/m³，爆速为3800m/s，P_C-J压力为3.43GPa，对应的JWL方程参数是：A为220GPa，B为0.18GPa，R₁为4.2，R₂为0.8，ω为0.15，E为3.51J/m³。