《城市淺埋隧道爆破振動災害機理及預測系統研究》是依託北京科技大學，由施建俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：城市淺埋隧道爆破振動災害機理及預測系統研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：施建俊
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
爆破振動對周邊環境的影響已成為制約城市淺埋隧道安全施工的一項主要瓶頸，探索淺埋隧道近區爆破振動傳播機理和衰減規律，實現爆破振動的準確預測和有效控制，對保證施工安全具有重要的理論價值和現實意義。本課題將對淺埋隧道爆破振動高程放大效應機理、爆破振動預測系統的建立和投影尋蹤技術預測模型的相對優越性能展開系統的研究。主要包括分析地形高程與爆破地震波的內在聯繫，構建淺埋隧道爆破地震波傳播的數理模型，研究地震波傳播中的透射與反射動力學過程、頻率變化規律以及能量的耗損方向，獲得淺埋隧道爆破振動高程放大效應機理。在大量現場監測數據的基礎上，運用投影尋蹤技術，模擬振動峰值的生成與演變過程，闡明不同參量對速度峰值的影響規律，明晰爆破參數對預測結果的調控機制，建立普適性的高精度投影尋蹤模型，實現爆破振動速度峰值的準確預測。同時對比分析投影尋蹤模型預測法與一般預測法、波形疊加預測法的準確合理性。
結題摘要
探索淺埋隧道近區爆破振動傳播機理和衰減規律，實現爆破振動的準確預測和有效控制,對保證施工安全具有重要的理論價值和現實意義。傳統的爆破振動預測方法大多是建立在平坦地形條件下，沒有反應地形高程的影響，而工程爆破絕大多數是在地形有起伏的場地上進行的。本課題以北京市昌平捷運隧道為工程背景，以高程條件下的爆破振動為研究對象，運用理論分析、現場實測和模型實驗、數值模擬、計算機軟體開發等相結合的方法，對淺埋隧道爆破振動高程放大效應機理、爆破振動預測系統的建立和投影尋蹤預測模型的相對優越性能展開系統的研究。 通過項目研究，主要取得以下成果： （1）從平面射線理論、界面群效應和鞭梢效應三個角度闡述了爆破振動的高程放大效應機理，分析了爆破振動與地形高程變化之間的關係。 （2）進行了淺埋隧道爆破振動的實驗研究，主要包括現場原位測試和小比例模型試驗，採集相關爆破數據並進行分析、整理，研究隧道近區爆破振動的傳播與衰減規律，分析了爆破振動高程放大效應產生的可能性，並將實驗數據作為後續爆破振動預測和預警系統建立的依據。 （3）將投影尋蹤預測理論引入爆破振動災害預測領域，在理論分析的基礎上，認識影響爆破振速峰值的控制因素；在合理定義參量的基礎上，運用投影尋蹤技術，結合現場收集的相關資料，模擬了爆破振動的生成與演變過程；綜合實驗、理論分析的研究結果，建立了爆破振動的投影尋蹤回歸模型，實現了爆破振動的準確預測。 （4）根據試驗結果，分別採用傳統的薩道夫斯基公式、薩道夫斯基拓展公式、BP神經網路和有限元數值模擬方法對爆破振速峰值進行了預測，並與投影尋蹤回歸模型的預測結果進行對比，得到了投影尋蹤預測方法的相對優越性能。研究表明：五種預測方法中，投影尋蹤回歸模型預測結果最為準確，誤差率僅為6.36%；數值模擬和BP神經網路次之，平均誤差率分別為11.08%和12.45%，但數值模擬方法受諸多條件限制，預測結果不穩定；薩道夫斯基拓展公式和薩道夫斯基公式的預測精度較低分別為21.68%；25.32%。 （5）利用Visual Basic和Matlab聯合開發了爆破振動計算機預測系統，內嵌四個模組，即可採用不同預測方法進行爆破振速的預測，還可以進行不同預測方法預測結果的對比分析，為地形起伏條件下爆破振動的安全預警提供了一種便捷的新方法。
