Calcolo dell'interasse dei fori e analisi del danno delle rocce circostanti sotto l'azione delle sollecitazioni in situ e dei giunti

Dec 19, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 22331 (2022) Citare questo articolo

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Le sollecitazioni in situ e i giunti hanno un impatto significativo sul modello di propagazione e attenuazione delle onde di sollecitazione da esplosione e sono due fattori importanti che devono essere considerati per la realizzazione della rete dei fori di esplosione dei tunnel. Questo articolo propone un'equazione di attenuazione delle onde di stress da esplosione e un metodo di calcolo della distanza dei fori periferici sotto l'azione combinata di stress in situ e giunti. Innanzitutto, i parametri statici e dinamici dell'ardesia giuntata vengono ottenuti perforando campioni sul campo e conducendo test interni. Successivamente, considerando l'attenuazione geometrica e fisica dell'onda di stress da esplosione, viene derivata la formula di attenuazione dell'onda di stress da esplosione sotto l'azione combinata di stress in situ e giunti. Basandosi sulla teoria dell'azione combinata delle onde di stress e del gas esplosivo, viene proposta una formula per il calcolo della distanza dei fori periferici che integra gli effetti delle sollecitazioni in situ, dei giunti e della resistenza a trazione del corpo roccioso. Infine, il software LS-PREPOST viene utilizzato per analizzare il danno alla roccia circostante, verificato mediante una prova di brillamento in loco. I risultati mostrano che la formula di attenuazione delle onde di stress da esplosione proposta in questo documento può prevedere con precisione il valore di picco delle onde di stress sotto l’azione combinata di stress in situ e giunti. Combinando le condizioni geologiche e i parametri di brillamento della sezione di studio del tunnel Bayueshan, si calcola che la distanza ottimale dei fori periferici sia di 45 cm. Il valore medio di sovrascavo della roccia circostante di grado IV è controllato entro 22 cm e il consumo eccessivo di calcestruzzo per metro lineare è controllato entro il 100% utilizzando il metodo di disposizione dei fori periferici e i parametri di disposizione della rete di fori proposti in questo documento. I risultati della ricerca forniscono un riferimento per il controllo del sovrascavo e del sottoscavo nell'esplosione di gallerie di grandi dimensioni.

Il metodo di perforazione e brillamento presenta i vantaggi dell'efficienza economica ed è attualmente il metodo principale per lo scavo geotecnico di gallerie autostradali e ferroviarie. Tuttavia, nel processo di costruzione del metodo di perforazione e brillamento dei tunnel, il problema del sovrascavo e del sottoscavo è sempre un problema scientifico di massima priorità che deve essere risolto. Il sovrascavo e il sottoscavo non solo influiscono sulla qualità dell’esplosione del tunnel e aumentano i requisiti della struttura di supporto del tunnel1,2, ma aumentano anche i costi operativi e riducono i progressi della costruzione. Pertanto, è di grande importanza per un’esplosione sicura ed efficiente delle gallerie proporre misure efficaci per controllare il sovrascavo e il sottoscavo.

Una disposizione ragionevole dei fori periferici è un mezzo efficace per controllare il sovrascavo e il sottoscavo durante l'esplosione dei tunnel. Wang et al.3 hanno creato un modello di analisi numerica della sabbiatura liscia dei tunnel utilizzando il software LS-DYNA. Confrontando i risultati della simulazione numerica e del monitoraggio sul campo, è stato dimostrato che la spaziatura dei fori periferici dovrebbe essere considerata principalmente nella struttura massiccia e nella struttura fratturata. Paul e Peter4 hanno analizzato le cause, i pericoli e le misure di controllo del sovrascavo e del sottoscavo del tunnel causati dal metodo di perforazione e brillamento attraverso un sistema di test su modello e hanno proposto uno schema ragionevole di progettazione dei fori periferici. Adel et al.5 hanno creato un modello di previsione del sovrascavo del tunnel considerando fattori quali l'area della sezione trasversale del tunnel e i parametri dei fori periferici. Yin et al.6 hanno proposto un metodo di perforazione che combina fori lunghi e corti nei fori periferici, che ha risolto efficacemente il problema del sovrascavo e del sottoscavo. Liu et al.7 hanno indicato che i parametri dei fori periferici dovrebbero essere adeguati nel tempo in base ai cambiamenti nelle condizioni della roccia circostante. Huang et al.8 hanno studiato l'applicazione di un design di muro di contenimento di fori periferici a doppio strato nell'ingegneria di brillamento della roccia circostante morbida e rotta, e hanno ottimizzato la disposizione dei fori periferici e la struttura di carica. Basandosi sul principio della sabbiatura uniforme, Man e Liu9 hanno studiato lo schema di disposizione dei fori periferici nel caso di spaziatura dei fori vuoti. Man et al.10 si sono concentrati sull'effetto della spaziatura dei fori periferici sull'effetto della sabbiatura uniforme.