岩溶隧道爆破安全振速的数值模拟研究

对岩溶隧道采用钻爆法开挖施工,溶洞的存在对隧道爆破安全有直接影响。笔者以白须公1#隧道溶洞段爆破开挖为背景,采用MIDAS/GTS软件数值模拟了岩溶隧道爆破开挖对溶洞围岩的影响,利用国际上常用的衰减公式对溶洞围岩质点振动速度进行了拟合,分析爆破地震波在围岩中的衰减规律。对比溶洞附近隧道上台阶全断面开挖爆破地震波的传播规律和临空面的夹制作用对地震波传播的影响,探讨岩溶隧道爆破溶洞围岩质点安全振动速度。     

分岔隧道浅埋连拱段的爆破振动效应分析

分岔隧道洞口连拱段具有浅埋、受力结构复杂等特征。爆破开挖诱发的振动效应对围岩及受力结构产生破坏,直接影响隧道施工期和运营期的安全。为此,以六月田公路隧道工程浅埋分岔段为研究背景,采用现场振动监测和数值模拟手段,分析了后行隧道爆破地震波作用下覆盖层围岩、支护及受力结构的力学机制和破坏特征,得到了连拱段隧道中隔墙径向、切向和垂直向振动速度的衰减规律。在此基础上,建立了未开挖洞段长度与放大倍数的近似函数关系,通过曲线拟合方程得到了径向、垂直向和切向振动速度拟合公式,并揭示了爆破地震波的传播衰减规律。利用成洞区和未开挖区的相互关系,推导了成洞区振动速度的传播衰减公式。研究结果表明:先行隧道侧中隔墙的径向和切向振动速度较大,成洞区的爆破振动速度具有放大效应;后行隧道爆破产生的振动对中隔墙成洞段12 m至未开挖段8 m范围内的影响较大;采用曲线拟合方程得到了覆盖层厚度与振动速度的函数关系,基于Von Mises屈服准则确定了洞顶围岩的损伤范围;根据最大拉应力和最大振动速度之间的关系,得到了喷射混凝土纵轴线方向的拉裂破坏长度,确定了后行隧道喷射混凝土的爆破振动安全控制标准。该研究结论可为类似隧道工程的爆破开挖设计、施工提供参考借鉴。     

紧邻营运隧道爆破振动控制技术

新建隧道与既有隧道会因为其距离较近导致新建隧道开挖爆破产生的地震波危及既有隧道衬砌结构的安全和稳定。本文根据隧道爆破振动影响控制标准,分析了隧道爆破振动强度的影响因素,提出了降低爆破振动的技术措施,使新建隧道开挖施工爆破中的既有隧道振动速度值控制在安全范围以内,确保隧道开挖作业安全、顺利地进行。可为今后类似工程的设计与施工提供参考与借鉴。     

基于能量法的连拱隧道钻爆施工对围岩损伤影响分析

以采用无导洞钻爆法施工的云南省武定至易门高速公路三台坡连拱隧道工程为依托，针对爆破施工对无导洞连拱隧道围岩造成损伤的问题，利用能量衰减公式推导隧道围岩振动速度衰减公式；采用FLAC^3D软件计算分析实际工程围岩振动速度以验证理论推导公式的准确性，并计算分析在爆破荷载作用下连拱隧道围岩、中墙的振动速度和振动位移的变化规律。研究结果表明：振动速度的理论计算结果和数值模拟结果之间的相对误差较小，说明基于理论推导得到的隧道围岩振动速度计算公式是可靠的；爆破过程中产生的能量以地震波的形式向外传播，当地震波传至地表仍未完全衰减时，未完全衰减的能量将以反射波的形式继续衰减；爆破施工过程中围岩振动速度和振动位移最大值均位于距掌子面6 m的已开挖区隧道拱顶围岩处，未支护情况下隧道拱顶8 m范围的围岩振动速度大于63.5 cm·s^-1，围岩处于损伤的状态，因此在爆破施工过程中应对已开挖区围岩进行预加固。     

列车振动荷载作用下明挖隧道施工过程中支护结构的动力响应分析

为了研究既有铁路沿线附近明挖隧道施工过程中支护结构的动力稳定性,结合FLAC3D软件分别采用列车静载和动载模型研究车致振动对周围自由场以及隧道基坑开挖施工的影响。主要结论如下:1)采用列车静载模型所得结果小于动载模型的结果;2)车致振动以竖向分量为主,振动幅度沿水平向衰减很快,在距既有线6 m范围内衰减剧烈,之后趋于稳定;3)沿竖向衰减较慢,在20 m深度范围内,沉降量基本与深度呈二次曲线关系,之后趋于稳定;4)在既有线列车荷载作用下,不同施工阶段基坑底部总体有反拱趋势,为5~8 mm;5)采用锚索支护体系可以明显减小基坑侧壁的内倾变形。研究表明,既有线的列车荷载作用在水平方向上对于拟开挖隧道无明显振动影响,在竖向上当采用围护桩和锚索支护体系后可确保明挖隧道施工过程的整体稳定性。     

大跨隧道下穿既有高速公路的爆破减震技术研究

以贵广铁路斗篷山隧道为依托工程,通过对爆破振动监测结果的回归分析,确定合理爆破振动速度。并结合该隧道爆破开挖施工,从爆破药量、掏槽形式、爆破参数、起爆顺序、地质条件和传播距离等方面提出隧道爆破施工振动控制技术。研究结果表明,公路内振速以垂直振速为主,隧道开挖采用预裂爆破,周边眼采用密集钻孔,少装药,先于掌子面的其他炮孔起爆,可显著降低爆破振动对周围结构物的不利影响。     

土石交界地层隧道爆破振动控制技术研究

以空树河铁路隧道土石交界地层条件为研究背景,分析隧道地层地质条件和应力分布情况,并开展了隧道爆破方案设计和振动监测设计。分析结果表明:①当土石交界面为水平分布时,中下台阶具有较为明显的应力集中现象;土石交界面倾斜的情况下,内力呈现不对称分布,该类地层会造成隧道结构轴力和安全系数突变,但基本不影响弯矩。②当土石分界面位于掌子面时,振动波对混凝土钢拱架影响较为明显,顶拱部位振动速度最大可达7.97.9 cm/s,拱腰位置最小0.1～1.2 cm/s,受拉破坏的区域最大深度为顶拱以下2.6 m,分布于土石交界地层以上。③土石分界面位于顶拱以上时,土石分界面振动速度高达11.5 cm/s,大于其他开挖区;当振波穿过土石界限后振速衰减变快,受拉破坏最大深度为1.12 m。通过精细爆破设计、信息化施工、合理设置爆破参数和预加固措施,采用三台阶施工法有效控制土石交界地层隧道的爆破振害。     

公路隧道爆破振动波的传播规律研究

在隧道钻爆法施工时,爆破产生的振动波会给周围建筑结构带来一定损害,并引发一系列施工安全问题。结合阳曲1号隧道,研究施工爆破过程中振动波的传播规律,并与实测数据分析拟合,提出了爆破振动下地表振动速度和振动频率的衰减规律;认为隧道横向的振动衰减速度比隧道纵向的振动衰减速度略小;高层建筑振动速度随高程增加逐渐衰减,不存在振动高程放大现象。     

沉管隧道基槽爆破开挖作用下邻近地铁隧道力学响应

为确保邻近地铁隧道在沉管隧道基槽爆破开挖过程的安全性,通过现场实测评价地铁隧道运营现状,借助数值分析法探索地铁隧道对沉管基槽爆破开挖的力学响应特征,并制定既有隧道结构的安全判据和沉管基槽爆破振动安全距离。研究表明： 既有地铁区间隧道现状累计最大沉降为1.89 mm,近半年最大沉降速率为0.01 mm/d,均小于规范规定的控制值,隧道结构现状处于稳定状态;沉管隧道基槽爆破振动引起的地铁隧道结构最大振速为0.359 cm/s,远小于振速安全阈值（2.0 cm/s）,说明地铁结构受爆破振动影响较小,且爆破振动的安全距离为25 m; 基槽开挖应力扰动后引起的地铁隧道累计最大沉降为3.16 mm,小于位移预警值,隧道结构处于稳定状态。     

基于钻爆法下的爆破振动对围岩稳定性的数值模拟研究

为研究爆破开挖对隧道周边围岩稳定性的影响,先采用理论计算的方法得出影响隧道拱顶围岩的临界振动速度,后借助ANSYS—DYNA数值模拟软件对10m跨度的隧道爆破模型进行计算分析,从而得出结论。结果表明,洞室跨度为10m的隧道,其拱顶临界爆破振动速度理论计算值为8.51cm/s;根据反复替换模型的集中药包药量,满足围岩临界振动速度的最大爆破炸药量为14.62kg。     

扬州至绩溪高速公路宁绩段紧邻既有铁路线高边坡路堑爆破施工及控制技术

上跨既有铁路线立交桥台后路基开挖设计深度达34.5 m,为降低边侧山体危石对既有运营铁路的安全风险及爆破施工对铁路挡墙稳定性的影响,路堑施工采取"先防后挖"的总体方案。其中,针对山体表层危石灾害,采用柔性主动防护、被动防护网与刚性挡渣墙构建立体式多层防护体系;对于路堑浅部不稳定山体,采用机械破碎锤和静态破碎方式开挖;对于路堑深部岩体,根据《爆破安全规程》关于爆破飞石落距的控制原则,将危石滚落冲击范围划分为0~30 m,30~50 m,大于50 m等不同影响段落,采用浅孔爆破及中孔台阶控制爆破相结合的分区、分层开挖方案,将铁路挡墙振动速度控制在1.5 cm/s内,施工效果表明,该措施有效地控制了施工中山体的位移,保障了铁路行车安全。     

公路隧道爆破对邻近引水隧洞振动响应的分析与实测研究

岳西—武汉高速公路安徽段明堂山隧道下穿横河二级电站的一条引水隧洞,引水隧洞与左线和右线的最小距离为12.4~14.8 m,地质条件为中风化花岗片麻岩Ⅲ级围岩。为保证隧道近距离爆破施工下穿引水隧洞的安全和稳定,采用动力分析软件LS-DYNA建立三维有限元模型,模拟隧道开挖爆破对引水隧洞的振动影响,并在引水隧洞内布置3个爆破监测点,将数值计算结果和现场监测数据进行对比分析。计算结果表明,在均匀介质模型里,质点振动速度与质点到爆源的距离成衰减关系,爆破对引水隧洞的振速影响控制在5 cm/s以内,其中拱脚影响最大,边墙和拱顶次之,拱腰最小。实测结果与计算规律基本一致,爆破后节点振速很快达到最大,并随时间的增加快速衰减,500 ms后振动波基本消散。研究表明实际爆破采用的炸药当量和爆破方式合理,未对引水隧洞结构安全造成明显影响。     

重庆轨道交通6号线大龙山站—花卉园站区间中厚水平层状岩小净距重叠隧道爆破开挖时序探讨

为减少小净距重叠隧道爆破开挖对结构及中夹岩的不利影响,以重庆轨道交通6号线大龙山站—花卉园站区间重叠隧道(长约500 m)爆破开挖为依托,首先结合工程实际情况及相关施工经验,说明重叠段总体施工方案优选为"先上洞后下洞"的开挖方法,但需根据净距大小采用不同的施工措施;然后通过理论计算论证了上下间距较小时爆破开挖不能保证结构安全,需要采用减震爆破及非爆破的开挖技术,才能保证中厚层状岩最小净距重叠隧道"先上洞后下洞"开挖方法的实现。实施效果证明:对于中夹岩厚度小于3.5 m的最小净距地段(长约25 m),可先行开挖上洞上台阶,预留下台阶,并待后行下洞减震爆破通过后,再采用非爆破开挖预留的上洞下台阶,以完全消除爆破开挖对最小净距中夹岩的影响,确保了最小净距段结构及施工安全。     

软弱围岩中连拱隧道爆破震动测试分析

结合闲林隧道爆破施工,对软弱围岩中连拱隧道爆破震动进行监测,分析了震动波在软弱围岩和支护结构中的传播及分布规律.研究表明,爆破最大振速一般出现在第一个峰值上;爆破震动对爆破面前后10 m范围内的中隔墙影响较大,随着距离的增大,震动波衰减明显;建议软弱围岩中连拱隧道开挖最大装药量控制在8 kg以内.研究结论可为类似条件下连拱隧道的爆破施工参数设计和现场监测提供借鉴与参考.     

某高速公路对客运专线某隧道的影响分析

贵州省安顺至紫云高速公路与沪昆铁路客运专线山岚桥隧道85°交叉,公路施工后距隧道顶的净岩柱最小厚度25.6m,为保证爆破开挖施工安全,不对山岚桥隧道的结构造成影响,按照深埋隧道结构荷载进行受力检算,分析了爆破开挖对山岚桥隧道的影响范围。结果表明,在山岚桥隧道上方地表修建安紫高速公路开挖路堑是可行的,为高速公路建设及运营时期高速公路自身及既有隧道的安全提供依据。     

新建后祠隧道爆破振动对既有隧道的影响研究

新建隧道爆破施工不可避免地对既有隧道的通行安全产生影响。依托福建厦蓉高速公路后祠隧道扩建工程，研究新建隧道爆破施工对既有隧道的影响规律。通过现场监测与数值模拟相结合，得出爆破振动沿既有隧道横断面和轴线方向的动力特性，指出振动响应受到不同外界因素（围岩级别、中夹岩厚度、开挖进尺、自由面条件）的显著影响。     

陈家桥大跨连拱隧道爆破振动测试分析

结合陈家桥大跨连拱隧道的施工,分析了大跨连拱隧道爆破开挖对中隔墙的振动影响;通过对比中隔墙对应后行洞已开挖部分和未开挖部分的爆破振动监测数据,得出大跨连拱隧道爆破对中隔墙影响的一般规律.     

新建隧道爆破开挖对周围道路及边坡产生动力影响分析

以柳家村隧道工程为依托,运用FLAC3D分析软件建立三维计算模型,选取距离隧道洞口6 ,33 m两处关键截面,分析新建隧道采用三台阶爆破开挖时对临近边坡、省道及村道的动力影响。结果表明:爆破开挖对村道的影响最小;开挖隧道洞口时,洞口上部边坡处的断面最危险,最大振动速度十分接近规范允许值;当隧道开挖到33 m,且进行上台阶爆破过程中,上方省道会出现较大的振动情况;在对临近构筑物进行监测时,应至少监测垂直和水平方向的振动速度。     

小净距公路隧道爆破动力响应研究

以在建岭东小净距公路隧道为依托,采用三维动力有限差分程序,深入研究后行洞爆破引起先行洞衬砌振动速度、应力状态变化情况.结果表明:后行洞爆破产生振动对先行洞衬砌迎爆侧边墙影响最大、拱顶次之,仰拱最小.最大振速达到85 mm/s,小于爆破振动安全允许标准,先行洞衬砌是安全的.应力波主要以纵波沿水平传播,衬砌振动响应滞后于爆破冲击荷载时程,随着距离增加逐渐衰减.后行洞爆破施工对先行洞衬砌在爆源前、后处10 m振速峰值减小80％,此范围可作为爆破控制重点.由于爆破产生的地震波的影响,先行洞衬砌拱顶主要为横向拉伸破坏,容易出现纵向拉伸裂纹；迎爆侧边墙衬砌呈现先拉伸后压剪破坏；仰拱拉伸破坏.     

小间距隧道爆破施工地震波监测与分析

爆破开挖施工是目前山岭隧道施工的主要方式之一,爆破地震波对山体稳定,尤其是对既有隧道结构的安全稳定研究至关重要.依托千枚岩小间距隧道工程,开展了爆破开挖围岩地震波传递规律和对既有隧道影响的现场监测与分析研究.研究表明,千枚岩小间距隧道Ⅳ级围岩段的最大地震波波速为13.03～19.54 cm/s,V级围岩为5.53～11.05 cm/s;在给定药量和设计波速条件下,千枚岩安全距离至少应在12 m以上;在施工期间与爆破开挖面对应位置的既有隧道前后方约2.0倍洞径范围内应是重点观测区域范围.