隧道爆破振动控制技术研究

研究目的:复杂环境下浅埋隧道钻爆施工的爆破振动问题最为敏感,工程实践中需要既能实现快速掘进又能降低敏感区段爆破振动的爆破技术。研究结论:结合开元寺隧道和杭州引水隧洞钻爆掘进中的爆破振动测试和分析,发现这两个埋深25 m左右的隧道掘进中,掏槽爆破产生的地表振动最为强烈。试验证明采用多级复式楔形掏槽可以有效降低爆破振动,同时利用高精度延时雷管或数码电子雷管调整掏槽爆破起爆时差,可以实现振动波错峰减振,并能改善掏槽效果,提高炮孔利用率。爆破试验过程中配合爆破振动监测,不断调整和优化掏槽爆破方案,最终顺利通过隧道浅埋振动敏感区,而且平均单炮进尺在3 m左右,地表爆破振动控制在1.5～2.5 cm/s。达到保证安全的前提下实现快速钻爆施工。     

改进新建隧道对既有隧道振动影响的爆破技术

通过对新建库鲁塔格隧道最大爆破振动速度的监测结果进行统计分析,发现最大爆破振动速度主要出现在前三段.为了降低最大爆破振动速度对既有隧道的影响,调整掏槽形式、单段装药量、起爆顺序、周边眼的爆破方式、段间隔时间、一次爆破的总药量等关键性因素是降低新建隧道最大爆破振动速度对临近既有隧道影响的有效措施.     

紧邻运营地铁安全保护区基坑爆破振动控制技术

深圳安托山安峦公馆基坑需爆破开挖,爆破区紧邻运营地铁安全保护区,为了确保基坑爆破安全对各项减振措施进行了试验研究。依据试验结果,对距地铁隧道边缘水平距离20 m以内采用了小孔径装药、非电导爆管雷管起爆、布设双排减振孔、孔底设置气垫层等措施;对距地铁隧道边缘水平距离20~30 m采用了数码电子雷管干扰减振和布设减振孔;对距地铁隧道边缘水平距离30 m以外采用了导爆管雷管微差控制爆破。整个基坑爆破施工期间振动速度小于控制值,工程如期完工。     

大帽山隧道微震爆破控制技术

为了解决大断面、小净距隧道爆破施工对既有隧道的震动影响,采用微震控制爆破,有效控制了震动速度,确保新建隧道施工过程中既有隧道正常运营。详细介绍了大帽山新建隧道钻爆施工的设计、爆破控制、振动监测等内容:采取楔形掏槽、孔内外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量等措施,爆破达到了预期效果,可为类似工程提供参考。     

浅埋隧道控制爆破施工技术

渝利铁路火风山浅埋隧道采用爆破施工。通过利用爆破振动监测及声波检测技术,结合现场试验数据,分析了毫秒导爆管雷管爆破对地表及基桩底部的振动和围岩损伤的影响。结果表明:采用电子雷管后距离掌子面20 m的最大爆破振动速度降为2 cm/s以下,地表振动速度为0.3～0.5 cm/s;爆破开挖对拱顶的内部围岩损伤范围未达到拱顶以上4 m,符合设计要求。提出的测试方法和检测项目科学可靠,可为隧道施工确定爆破方法和爆破参数提供科学依据。     

数码电子雷管在铁路隧道掘进爆破中的应用

以贵广高速铁路棋盘山隧道掘进爆破施工为例,介绍了隆芯1号数码电子雷管及铱钵起爆系统在隧道掘进爆破中的应用,并与使用非电导爆管毫秒延期雷管时的爆破效果进行对比分析,数码电子雷管能有效提高爆破能量的利用,减少炸药的用量,提高周边光面爆破效果,同时具有减震、降噪等诸多减少次生灾害的明显优势,在隧道掘进中具有更广阔的应用前景。     

铁路隧道近距下穿地铁隧道的微振爆破技术

研究目的:隧道超近距下穿运营地铁隧道时,通常采用机械施工。本文基于目前最先进的起爆器材——电子雷管,采用隧道电子雷管单孔连续起爆降振技术,利用无线爆破振动监测设备测试每次爆破产生的振动,优化爆破参数和减振措施,确保运营地铁隧道和列车内人员的安全,形成超近距下穿运营地铁隧道的微振爆破技术。研究结论:(1)超近接隧道修建时,可以采用微振爆破技术,根据保护目标的要求,可适当增加减振措施;(2)采用微振爆破技术,在施工效率和经济成本方面优于机械施工;(3)掏槽区设置减振孔的减振效果明显,减振效果与减振孔孔径大小和数量有关;(4)目前的爆破振动规律或计算公式并不适合近接隧道的爆破振动控制,这种情况下建议:每炮均测试爆破振动,然后调整爆破参数满足控制标准;(5)本研究成果可为近接隧道施工提供参考。     

硬岩地层浅埋地铁隧道爆破振动衰减规律分析

以青岛地铁3号线工程为依托,针对浅埋硬质花岗岩地层,采用现场实测与统计回归方法分析了试验段横通道爆破振动监测数据,较为系统地研究了钻爆法施工条件下地表最大振动速度、最大单响药量、主频分布的相关关系,总结了适应于该地层的振动衰减经验公式,并通过现场实测数据拟合预测出本段爆破施工最大单响药量.主要研究结论如下:隧道爆破过程中竖向振动速度最大,振动速度随传播距离的增加呈指数规律衰减;掏槽眼爆破受围岩夹制作用最强烈,产生的振动最大,分段起爆能很好地控制爆破振动波的能量分布;爆破振动主频多分布于20～ 70 Hz范围内,与爆心距和药量无明显相关关系,为避免与周围建筑物产生共振,应避免多段雷管同时起爆,并严格控制最大单响药量.     

下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影响及对策研究

依托云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用LS-DYNA显式动力数值模拟及现场爆破振动监测,对既有隧道受下穿新建隧道爆破施工产生的振动影响和对策进行研究。结果表明:全断面起爆中,D(D为下穿新建隧道洞径,下同)<2.5D0(D0为基准洞径)时,既有隧道的振动速度、振动加速度均随D的增大而增加,且基本呈线性关系;2.5D0≤D<3.5D0时,振动速度及加速度均急剧增大;D≥3.5D0时,振动速度、加速度随D的增加而减小。随两隧道间距的增加,既有隧道考察点的振动速度和加速度均减小;在距离相等时,掌子面未到达前的振动响应大于掌子面离开后的响应;相同爆破参数时,距离越远,受到的振动越小;同时起爆药量越大,受到的振动越大。随围岩的变差,既有隧道处的振动速度增大,振动加速度变化较小。根据不同影响因素与振动速度关系的规律,推导了包含隧道开挖洞径、进尺长度、上下交叉隧道净距、单位药量等参数的隧道开挖爆破振动速度计算公式,并由现场爆破振动监测验证了数值模拟的正确性。同时,针对不同影响因素,提出分部开挖、分段起爆、干扰减振等减小爆破振动影响的对策措施及选择原则,并指出爆破试验及爆破振动监测在近接隧道工程中的重要性和可操作性。     

青岛地铁隧道爆破开挖振动控制研究

研究目的:以青岛地铁3号线试验段工程为背景,通过对隧道掘进向地表振动速度检测试验,得到浅埋隧道开挖爆破不同作用类型炮孔引起的地表振动特性及其衰减规律,并在不降低循环进尺的前提下,提出有效的降振措施。研究结论:开挖掌子面上不同的炮孔爆破类型其衰减规律有所不同,随着爆破起爆段别的增加,衰减公式中的K值逐渐递减,α基本保持不变;根据K、α值的变化规律和影响因素,采取了增加中心孔优化掏槽方案、调整起爆顺序、减轻爆破夹制作用的措施,爆破振动降低到1.5 cm/s以下。     

隧道爆破开挖作用下洞口高边坡的动力响应

惠州市四环路西坑东隧道洞口段为八级高边坡,本文采用显式动力分析方法研究了隧道内钻爆施工中爆破效应对洞口多级边坡振动特性的影响。结果表明:由于地层的反射与折射,爆破地震波由拱顶的双峰形态变为坡面处的单峰形态,且振动速度峰值由拱顶处的28.810 cm/s迅速降至坡面处的0.383 cm/s;中导洞断面起爆后,边仰坡最下层测点振动速度最大,洞口侧边坡、路堑边坡依次减小,说明距离越远振动衰减越迅速;仰坡坡面测点振动速度峰值依次为上台阶起爆下台阶起爆中导洞起爆侧导洞起爆,故装药量是影响边坡稳定性的关键因素;振动速度峰值小于规范安全允许的质点振动速度。该工程洞口高边坡在隧道钻爆施工下是安全的。     

襄渝二线小间距隧道钻爆法施工技术

襄渝二线新大成小间距隧道,采用分步钻爆开挖法,使用中空直眼掏槽技术,充分利用毫秒雷管起爆间隔时间,采取加强防护、严格监控量测、选择合理的爆破参数等措施,使新线隧道顺利穿越小间距风险区,确保了既有铁路隧道安全运营。     

隧道穿越既有建筑物爆破施工影响及方案优化

以安顺西—六枝铁路地宗隧道为工程依托,结合数值模拟和现场试验,对大断面隧道不同爆破设计对建筑物的影响进行了研究。结果表明:3种设计方案均能满足爆破控振要求,采用延时雷管分段爆破原理设计的导洞先行爆破和左右分幅爆破能够实现分区延时爆破效果,有效地控制爆破振动。较左右分幅爆破,导洞先行法第一次爆破距离建筑物较远,产生的爆破振动较小,爆破引起的水平方向振动速度远小于垂向振动速度。爆破采用国产第一系列雷管(最高15段),最大振动速度在1 s内出现,1 s后振动速度迅速衰减,微差爆破能够起到错峰作用。在数值模拟中考虑微差爆破荷载时程曲线能够得到爆破振动规律,从而提前预测爆破对建筑物的影响。     

引水隧洞下穿既有铁路隧道爆破施工振动影响及对策

结合云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道爆破施工工程,采用LS-DY-NA显式动力数值模拟方法及现场爆破振动监测,研究钻爆法施工产生的振动对既有铁路隧道的影响.结果表明:爆破振动影响大小与单段起爆药量、爆源距考察点距离关系密切,随药量的减小、距离的增大而减小;在掌子面接近、远离既有隧道相同的距离时,接近时产生的竖向振动速度大于远离时的;振动速度方向和爆源与考察点的方位有关,当两者为左右关系时,水平方向为主,当两者为上下关系时,竖直方向为主;数值模拟与现场监测所得规律和数值均有较好的一致性,证明了采用该方法研究隧道工程爆破振动影响的可行性和正确性.     

基于最佳减震原则的新建隧道对既有隧道微差间隔研究

依托新建嘎拉山公路隧道钻爆法施工,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立新建隧道采用微差爆破的三维数值模型,模拟3段炸药不同间隔时间延时起爆引起既有隧道的动力响应,得到不同时间间隔微差爆破引起既有隧道二次衬砌质点最大振速点的振速时程曲线。计算结果表明:当新建隧道爆破的总药量分成等间隔时间的三段起爆,使不同段别炸药的作用在时间上和空间上错开,创造新的自由面,能够起到减震和良好的破岩效果。最大振速点发生在既有隧道迎爆侧拱墙上,随着微差间隔变大,既有隧道二次衬砌上振速峰值的发生时间延后。当总装药量相同时,微差爆破与瞬时起爆相比能够有效降低爆破振动对既有隧道的影响,且不同间隔时间下的减震效果有所差异。总药量分三段间隔起爆与瞬时起爆相比,振速峰值减小幅度达到63.1%。当起爆间隔大于20 ms后,每段炸药爆破对既有隧道的影响作用独立开来,振速峰值逐渐收敛于单个药包爆破引起的振速峰值。     

城区浅埋公路隧道敏感地段爆破掘进技术

开元寺隧道浅埋段采用多级复式楔形掏槽,减小爆破夹制作用力,显著降低了爆破振动峰值;同时利用高精度孔外毫秒延时雷管实现振动错峰,避免振动峰值叠加。在爆破过程中配合振动监测,不断调整和优化爆破方案。最终以平均单炮进尺3.3m、隧道上方地表振动不超过3cms的爆破效果,通过了浅埋20m深的振动敏感区。     

隧道分区爆破振动传播规律试验研究

在重庆枢纽联络线隧道掘进过程中,将隧道掌子面划分为掏槽区、辅助区和周边区分别进行爆破,并对不同区域爆破开挖引起的振动进行了监测与分析。结果表明:隧道爆破的最大振动出现在掏槽部位,采用分部开挖方式和在掏槽区设置大直径空孔可有效降低爆破振动;隧道掌子面爆破区域不同,振动衰减参数也不同,振动衰减系数K随着开挖区域的增大而逐渐减小,振动衰减指数α由地质条件决定,基本保持不变,辅助区K为掏槽区的0.50~0.67倍,周边区K为掏槽区的0.25~0.33倍;重庆地区隧道分部开挖时,K可按掏槽区110~120、辅助区60~80、周边区30~40取值,α可按掏槽区1.5、辅助区和周边区1.6取值。     

城区浅埋隧道弱振动快速爆破掘进技术

城区复杂环境下挖掘浅埋隧道最为敏感的是爆破振动问题，济南开元寺隧道浅埋段采用多级复式楔形掏槽，减小爆破夹制作用力，显著降低了爆破振动峰值；利用高精度孔外毫秒延时雷管实现了振动错峰，达到了平均单炮进尺5．5m的爆破效果。     

近距离爆破对既有隧道的振动影响

根据实测资料,运用统计回归方法,进行近距离爆破对隧道周边振动场分布影响的分析,得出结论:最大振动速度出现在隧道迎爆侧的墙壁和拱部,墙脚点振动速度较小,背爆侧振动相对较轻;爆源越近,迎爆侧与背爆侧振动反差越大。比例距离越大,隧道周边的振动峰值速度分布越趋于均匀;爆破夹制作用越大,邻近隧道产生的爆破振动越大;岩体越坚硬完整,振动峰值衰减越慢。提出增加起爆段别,减小单段爆炸药量,增加空孔,改善临空面,减小夹制作用等降低爆破振动的措施。     

爆破振动对邻近铁路隧道衬砌结构的影响北大核心

依托海南西环铁路新建隧道爆破工程,选择三角形等效爆破荷载模拟爆破过程。结合现场爆破振动监测,验证隧道爆破三维模型的准确性。进而逐级提高爆破荷载,分析5、10、15、20、25倍五种爆破荷载工况下,隧道围岩塑性区分布情况、既有铁路隧道衬砌结构的爆破振动速度和拉应力变化规律。结果表明:新建隧道爆破开挖时,既有隧道衬砌结构迎爆侧拱肩爆破振动合速度最大,仰拱一直处于受拉状态;随着爆破荷载不断提高,隧道围岩塑性区范围不断扩大,既有隧道衬砌结构最大爆破振动速度和最大拉应力均不断增大;当采用20倍爆破荷载作用时,既有隧道衬砌结构迎爆侧边墙最大爆破振动速度为29.90 cm/s。