Cálculo do espaçamento de furos e análise de dano de rocha circundante sob a ação de tensões e juntas in situ

Dec 19, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22331 (2022) Citar este artigo

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A tensão e as juntas in situ têm um impacto significativo no padrão de propagação e atenuação das ondas de tensão de explosão e são dois fatores importantes que devem ser considerados para a implantação da rede de furos de detonação de túneis. Este artigo propõe uma equação de atenuação de onda de tensão de explosão e um método de cálculo de distância de furo periférico sob a ação combinada de tensão in situ e juntas. Primeiro, os parâmetros estáticos e dinâmicos da ardósia articulada são obtidos perfurando amostras de núcleo no campo e realizando testes internos. Em seguida, considerando a atenuação geométrica e física da onda de tensão de explosão, é derivada a fórmula de atenuação da onda de tensão de explosão sob a ação combinada de tensão in situ e juntas. Com base na teoria da ação combinada de ondas de tensão e gás explosivo, é proposta uma fórmula para calcular a distância do furo periférico que integra os efeitos de tensão in situ, juntas e resistência à tração do corpo rochoso. Finalmente, o software LS-PREPOST é usado para analisar os danos à rocha circundante, verificados por um teste de detonação no local. Os resultados mostram que a fórmula de atenuação da onda de tensão de explosão proposta neste artigo pode prever com precisão o valor de pico da onda de tensão sob a ação combinada de tensão in situ e juntas. Combinando as condições geológicas e os parâmetros de detonação da seção de estudo do Túnel Bayueshan, o espaçamento ideal dos furos periféricos é calculado em 45 cm. O valor médio de sobreescavação da rocha circundante de grau IV é controlado em 22 cm e o consumo excessivo de concreto por metro linear é controlado em 100% usando o método de layout de furo periférico e os parâmetros de layout de rede de furos propostos neste artigo. Os resultados da pesquisa fornecem uma referência para o controle de sobre-escavação e sub-escavação na detonação de túneis de grande seção.

O método de perfuração e detonação tem como vantagens a eficiência econômica e é atualmente o principal método para a escavação geotécnica de túneis rodoviários e ferroviários. No entanto, no processo de construção do método de perfuração e detonação de túneis, o problema de escavação excessiva e escavação insuficiente é sempre um problema científico de alta prioridade que precisa ser resolvido. A superescavação e a subescavação não apenas afetam a qualidade da detonação do túnel e aumentam os requisitos da estrutura de suporte do túnel1,2, mas também aumentam os custos operacionais e reduzem o progresso da construção. Portanto, é de grande importância para a detonação segura e eficiente de túneis propor medidas eficazes para controlar a sobreescavação e a subescavação.

Um arranjo razoável de orifícios periféricos é um meio eficaz para controlar a sobre-escavação e a sub-escavação na detonação de túneis. Wang et al.3 estabeleceram um modelo de análise numérica de desmonte suave de túneis usando o software LS-DYNA. Comparando os resultados da simulação numérica e do monitoramento de campo, foi demonstrado que o espaçamento dos furos periféricos deve ser considerado principalmente na estrutura maciça e na estrutura fraturada. Paul e Peter4 analisaram as causas, perigos e medidas de controle da sobre-escavação e sub-escavação de túneis causadas pelo método de perfuração e detonação por meio de um sistema de teste de modelo e propuseram um esquema de projeto de furo periférico razoável. Adel et al.5 estabeleceram um modelo de previsão de sobre-escavação de túneis considerando fatores como a área da seção transversal do túnel e os parâmetros dos furos periféricos. Yin et al.6 propuseram um método de perfuração combinando furos longos e curtos nos furos periféricos, que efetivamente resolveu o problema de sobre-escavação e sub-escavação. Liu et al.7 indicaram que os parâmetros do furo periférico devem ser ajustados no tempo de acordo com as mudanças nas condições das rochas circundantes. Huang et al.8 estudaram a aplicação de um projeto de jateamento de parede de contenção de furo periférico de camada dupla na engenharia de desmonte da rocha circundante macia e quebrada e otimizou o layout do furo periférico e a estrutura de carga. Com base no princípio de detonação suave, Man e Liu9 estudaram o esquema de arranjo de furos de explosão de furos periféricos no caso de espaçamento de furos vazios. Man et al.10 enfocaram o efeito do espaçamento dos orifícios periféricos no efeito do jateamento suave.