近邻隧道爆破施工相互动力影响研究

当两隧道距离较近时,新建隧道爆破施工可能导致既有隧道围岩与衬砌结构的变形甚至损坏。文章以某典型大跨公路隧道近接一小型既有隧道工程为背景,采用LS-DYNA显式动力数值模拟方法,开展近距离隧道爆破施工的相互影响研究。结果表明:新建隧道内振速分量均出现在垂直隧道轮廓线方向,既有隧道迎爆侧振速水平分量最大;围岩类型对爆破振动速度的影响主要在新建隧道近既有隧道侧,对既有隧道内振速影响较小;药量和跨度对新建隧道爆源近区底板影响较大,净距对新建隧道近既有隧道侧影响较大;药量增大、净距减小、跨度减小均会在一定程度上引起既有隧道内振速的增大;相对位置不同,新建隧道最大振速均出现在近既有隧道侧,既有隧道均出现在迎爆侧,爆破掌子面从既有隧道上方穿越时引起的振动大于远离时;既有隧道对新建隧道内的振速具有一定的放大效应。     

青岛地铁光面爆破设计参数优化研究

以青岛地铁为工程背景,通过改变掏槽方式及周边眼装药结构形式,对比分析原有方案和现存方案,结果表明当采用新的爆破方案时,周边眼半眼痕率明显提高,光爆效果明显改善;掌子面上方爆破振速降低36%。同时满足爆破振速和光爆效果成为创新点。     

红层软岩无中导洞连拱隧道爆破振动控制技术研究

无中导洞连拱隧道是一种新型的连拱隧道施工工法,而后行洞的爆破开挖将对先行洞衬砌结构产生振动影响。文章以云南楚姚高速陈家冲隧道为工程实例,开展红层软岩无中导洞连拱隧道的爆破振动控制技术研究。首先通过现场对比试验分析了连拱隧道爆破的三个主要影响因素:爆心距、装药量和应力释放。随后针对后行洞的三台阶开挖和两台阶开挖方式分别在先行洞对应区域进行自动化振动监测,并对监测数据进行回归分析,得到红层软岩V级围岩的爆破振动规律,通过反分析得出控制爆破振动的掏槽眼药量、导爆管雷管段数、经济合理的卸能孔个数及孔眼间距等,再结合现场工程状况,制定出符合现场需求的炮眼布置图和爆破方案。现场监测数据表明,修订后的振速临界值及优化的爆破方案符合安全要求,保证了无中导洞连拱隧道后行洞的顺利掘进以及先行洞的二次衬砌混凝土不被震裂。     

基于爆破振速衰减与控制值的爆破药量计算方法

文章基于爆破振速衰减最慢公式与振速控制值,提出了计算爆破药量的方法,以便将爆破振速控制在控制值范围内。根据萨道夫斯基公式对现场监测的爆破振速进行等效转化与排序,然后按照振速衰减的快慢对监测数据进行分类,并在保证回归效果显著的情况下,对振速衰减最慢0的监测数据进行线性回归,从而获得振速衰减最慢的萨道夫斯基公式,然后根据此公式和振速控制值采用线性回归控制法计算后续施工的爆破药量。通过对新岭隧道扩建工程的监测数据按振速衰减的快慢进行分类分析,并将根据线性回归控制法计算的爆破药量和实际药量进行对比可知:按照爆破振速衰减快慢程度对现场监测数据分类,可将各类数据的萨道夫斯基回归公式的相关系数提高到0.95以上;实际爆破药量小于计算药量时,现场监测爆破振速均不超过控制值,因此按振速衰减最慢的萨道夫斯基公式和控制值并采用线性回归控制法计算的爆破药量可将爆破振速有效地控制在控制值范围内;获得的新岭隧道扩建工程Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩爆破振速衰减最慢公式的参数,可为后续类似工程的爆破药量设计提供参考。     

隧道爆破引起路基边坡振动信号的规律研究

为研究精细化延时控制爆破引起的边坡振动信号的规律,文章以黑峪隧道改扩建洞口精细化控制爆破施工为工程背景,引入等效药量、等效距离,采用量纲分析法建立新的振速衰减公式;基于4次实测数据,对其进行拟合验证,并与萨道夫斯基公式进行对比;采用小波包分析法,研究其振动能量的分布规律。结果表明:传统的萨道夫斯基公式对本工程的预测误差较大,高达27.39%,且普遍小于实测振速,不利于指导施工,而改进经验公式预测误差最大为18.41%,说明改进公式具有良好的适用性;爆破振动能量主要集中在0～109.375 Hz范围内,但在0～46.875 Hz范围的能量最为集中,大于109.375 Hz的振动能量只有1%左右;随着距离的增加,振动能量向低频部分集中,高频能量逐渐被岩体吸收。     

采用三台阶工法开挖的原位扩建隧道现场监测及分析

为研究三台阶法施工对原位扩建隧道结构及邻近既有隧道扰动的影响规律,文章依托福建厦蓉高速公路后祠隧道原位扩建工程,分别对隧道围岩及支护结构应力、松动圈及应力场和邻近既有隧道爆破振动进行了现场监测。结果表明,断面各部位围岩及支护结构应力随时间推移而缓慢增加,最终趋于平稳,且每级台阶开挖均会对其产生扰动,表现为应力的突增;扩建后隧道围岩松动圈拱顶位于6~9 m深处,左右边墙均位于0~6 m深处,拱顶沉降位移大于两帮收敛位移。左边墙围岩应力大于右边墙围岩应力,洞周3 m深处围岩应力小于6 m深处围岩应力,开挖造成的围岩塑性区为3 m左右;施工中实际爆破振速大多小于设防标准,爆破对既有隧道的支护结构体系未造成重大破坏,最大爆破振速出现在监测断面前10 m左右的位置,与掌子面相比振速增长2.9%~4.5%,且围岩质量越好,峰值振速越大,最大峰值振速断面前方振速衰减速度远远小于后方振速衰减速度。     

硬质地层下近接隧道爆破振动影响分区及动力响应研究

为探究硬质岩地层下立体交叉隧道近接爆破施工对既有隧道的影响程度，依托福厦客专新大帽山1号隧道和既有新刘塘1号隧道，以基于国内爆破振动规范的“频率-振速”双判据作为分区标准，对新建隧道爆破振动影响分区及动力响应展开研究。首先，通过三轴试验和Hoek-Brown准则得到计算参数；其次，对不同工况下新建隧道爆破振动规律开展研究，得到爆破振动影响分区；最后建立三维有限元模型，探究新建隧道在既有隧道正下方爆破时既有隧道的动力响应规律。研究结果表明：（1）通过迎爆侧最大振速衰减曲线，分析得到依托工程的爆破振动影响分区，判断既有隧道处于弱影响区；（2）爆破对上下方向的影响范围大于左右方向，得到硬质岩地层单线铁路隧道的爆破振动影响总分区；（3）爆破对未开挖段上方既有隧道的影响范围大于已开挖段的影响范围，且由于介质反射，导致已开挖段上方既有隧道振速衰减较慢；（4）通过现场监测结果验证了数值模拟的正确性，且既有隧道结构变形及受力均满足影响控制要求。     

隧道楔形分段掏槽爆破减震机理及试验研究

为合理解决邻近既有建(构)筑物隧道爆破开挖中降低爆破振动强度与确保施工效率之间的矛盾,基于隧道开挖时常用的楔形掏槽方式,文章优化提出了适用于中软岩隧道开挖的减震爆破技术——楔形分段毫秒延迟掏槽爆破技术。此技术借助掏槽炮孔内实行间隔分段装药结构及毫秒延迟起爆技术,确保掏槽腔体由外及内分次分层形成,以达到有效减震和获取良好爆破进尺的目的。文章在详细分析楔形分段掏槽爆破中岩体破碎和减震机理的基础上,基于微差爆破和应力波传播理论提出了影响楔形分段掏槽爆破减震和掏槽效果的掏槽深度比、段间装药分配比、炮孔倾角和段间延迟时间等关键技术参数的确定方法,并应用于指导开展现场隧道爆破试验的参数设计。现场爆破试验结果表明:楔形分段毫秒延迟掏槽爆破技术是一种既能有效降低爆破振动强度又能确保隧道施工速率的技术措施;与常规楔形掏槽爆破技术相比,此技术可将掏槽爆破产生的振动强度降低30%以上,并可获得良好的爆破进尺与效果。     

繁华城区浅埋大断面隧道减震爆破技术

文章以重庆轻轨较新线临江门车站隧道为例,介绍了复杂条件下城市浅埋硬岩特大断面隧道减震爆破的施工方法。开挖爆破中由于采用了一系列综合减震措施,使其对隧道周边围岩的影响降低到了最小程度;在爆破设计中,掏槽眼增加了减震孔,周边眼增加了导向孔,并采取隔孔装药方式,对提高炮眼利用率起到了良好的作用。监测结果表明,爆破震速控制较好。     

微振爆破技术在复杂环境下硬岩隧道施工中的应用

青岛地铁3号线青人区间隧道处于微风化花岗岩地层,浅埋下穿国家级文物保护建筑和中山路人防裸洞室群,周边环境复杂。为确保古建筑群的安全和防止裸洞室群坍塌,文章通过现场试验,验证爆破安全判据;采用大直径超前掏槽空孔、直眼掏槽逐孔延时起爆、分区孔内外毫秒延迟起爆网络、周边预钻减振孔、周边孔隔孔装药、时空降振等综合减振技术措施,成功穿越文物保护建筑和人防裸洞室群,形成的微振爆破技术研究成果可为类似工程提供参考。     

浅埋隧道掏槽爆破地表质点震速规律研究

文章以青岛地铁一期工程(3号线)土建03标太延区间下穿济军一疗口腔医院为工程背景,研究了浅埋隧道爆破地表质点震动速度规律。在平行隧道轴向正上方,监测掏槽爆破时垂直方向、水平径向和水平切向3个方向产生的震动速度第1段的最大值;在垂直隧道轴向上,监测掏槽爆破时垂直方向产生的震动速度第1段的最大值。结合地下爆破施工对地面震动影响的监测数据,研究发现,掏槽爆破震动峰值出现在距工作面前方1~3 m的范围内,在基准点附近存在一个火山口状的震动峰谷;合成震动速度在数值上比单一方向的震速存在放大现象,但合成的震动曲线规律与单一方向震动规律相似。     

光面爆破技术在向莆铁路青云山特长隧道工程中的应用

光面爆破设计是隧道工程建设确保质量安全的核心技术要素。青云山特长隧道是向莆铁路重点控制性工程,采用钻爆法施工;隧道围岩以Ⅱ～Ⅲ级为主,采用全断面法开挖;进出口与浅埋段等为IV、V级围岩,采用台阶法施工;围岩较差段采用弧形开挖预留核心土法施工。不同级别围岩采用了针对性的爆破设计,取得了满意的爆破效果。实践证明,适当加密周边眼、合理确定光面爆破层厚度、采用小直径药卷不耦合装药结构、保证爆破眼同时起爆是光面爆破成功应用的关键。     

城市硬岩隧道下穿砖木结构建筑爆破控制技术

青岛地铁一期工程3号线03标段区间隧道下穿济军第一疗养院口腔科医院,隧道埋深14m。为了将爆破震动的影响程度降低到最小,开挖过程中采用了大直径中空直眼掏槽、控制单段最大起爆药量的方法,将地表震动速度控制在1.5cm/s以内,确保了地面建筑物、附近交通干道的安全;同时应用孔外延期技术对爆破网路进行优化设计,减少了因雷管段别限制而增加的爆破次数,降低了爆破所需时间,取得了良好的经济与社会效益。     

异形孔水包爆破数值模拟及现场试验北大核心CSCD

为了提高隧道光面爆破效果,提出异形孔水包爆破技术。以径向不耦合装药和间隔装药的岩石损伤、径向和轴向的爆破效率、径向孔壁压力和现场周边孔炮痕率、岩石破碎情况、隧道超欠挖情况为依据,分析其爆破效果。结果表明:(1)径向不耦合系数的改变对轴、径向爆破效果有影响,间隔装药系数的改变仅对轴向和孔间爆破效果有影响;(2)当K_(d)=1.25时,岩石破坏区集中发生在炸药孔间内,岩石轴向破坏区较小,当K_(d)=1.75时,过量水包出现耗能现象,岩石破坏区较小;(3)异形孔水包爆破技术能产生光滑的隧道开挖轮廓线,渣石更破碎,K_(r)=1.5和K_(d)=1.5为其最优装药系数。     

隧道爆破振动下砌体结构局部动力反应研究

文章依托成渝客专新红岩隧道爆破工程,选取典型实测爆破地震波和典型二层砌体结构,分析了砌体结构的低阶整体模态和高阶局部模态,采用振型位移叠加法理论分析了隧道爆破振动下结构的位移和应力反应特征,研究了不同峰值振速下砌体砖墙的主拉应力分布及变化规律。结果表明:典型二层砌体结构1~5阶为低阶整体模态,固有频率为8.80~24.86 Hz,振型为整体均匀变形;6~20阶为高阶局部密集模态,固有频率为25.96~36.14 Hz,局部变形显著大于整体变形;高频的隧道爆破振动引起的结构位移很小,而局部构件上的内力要比位移大得多,这是因为结构内力计算中的振型幅值向量乘以了振型频率的平方;隧道爆破振动下结构的动力损伤主要由瞬时产生的高应力控制,而不是位移;砖墙的门、窗洞角处及砖墙与混凝土构件接触的应力集中部位和女儿墙、侧墙、中隔墙、阳台等局部构件振动较大的部位受拉应力较大,在隧道爆破振动下容易产生损伤。     

某高速公路隧道的爆破振动对邻近民房开裂的影响分析

文章以某高速公路隧道施工爆破振动导致邻近房屋开裂的评估工程为依托,通过爆破期间对邻近典型房屋的爆破振速测试、房屋裂缝的形态分析、性状监测和屋顶墙体温度应力计算等方法,对房屋裂缝成因进行了系统地分析和讨论。研究结果表明:该隧道邻近房屋的裂缝主要由温度变形引起,爆破施工不是邻近房屋产生裂缝的主要原因。     

频繁爆破下隧道内振动传播的数值研究

为揭示频繁爆破下隧道内振动传播衰减规律,文章以蒙华铁路段家坪隧道为工程背景,利用LS-DY NA建立了三维隧道模型,模拟分析了多次爆破下隧道内近区和中远区的振动传播规律。结果表明,质点垂向峰值振速随距离和爆破次数的增大而减小,少数振速有增大的现象;近区振动衰减较快,中远区振动衰减比近区缓慢;中远区a值比近区至少小12.5%,但整体上二者的a值随爆破作用次数的增加呈缓慢上升趋势;系数K随爆破作用次数的增加而降低,近区K值降低速率普遍大于中远区,且近区K值比中远区至少大29.1%;频繁爆破下,中远区比近区较符合萨道夫斯基经验公式。     

浅埋隧道开挖爆破震动监测与控制技术

文章以怀长路改建工程西四渡河隧道工程爆破开挖为背景,对隧道工程开挖施工爆破地震的震动监测以及控制技术进行了研究。通过监测爆破引起的地表及结构的质点震动速度,研究了爆破地震波的传播规律并进行了频谱分析,最后提出了合理的控制技术。监测与分析结果表明:(1)质点爆破震动的速度大小与爆破单响最大药量以及测点位置到爆源中心距离密切相关;(2)下台阶在分左右两幅爆破掘进时,第一次爆破对岩石的夹制作用大、爆破震动响应较大、震动速度较高。由于第一次爆破给第二次爆破提供了新的临空面,使得爆破震动效应减小、震动速度减小;(3)爆破地震波质点震速主频的高频成分不丰富,震速主频主要分布在低频段;(4)明挖段处套拱上设置的通风窗口引起应力波的反射作用,爆破震动对钢筋混凝土套拱结构影响显著。     

土石方爆破振速预测及其对高压输电线塔基影响研究

以某爆破工程为研究对象,探究爆破产生的振动对周边高压输电线塔基的影响。基于萨道夫斯基公式,研究岩层爆破的振动规律,按设计的最大单段药量进行控制,爆破施工对距离爆破区域54m、100m的高压输电线塔基产生的振动速度分别为1.05cm/s、0.37cm/s;采用三维数值模拟分析,按设计的最大单段药量18kg进行爆破,爆破施工对距离爆破区域54m、100m的高压输电线塔基产生的振动速度分别为1.56cm/s、0.63cm/s。结果表明爆破施工对周边高压输电线塔基的振动速度均在安全允许范围内。     

青岛地区地铁隧道爆破施工影响范围研究

文章以青岛地铁隧道爆破施工为背景,结合青岛地区特有的地质状况,依据收集的爆破振动监测数据,对《GB6722-2014爆破安全规程》中的萨道夫斯基经验公式进行了线性回归分析,由此推导出了适宜预测青岛地铁隧道爆破施工振动强度大小的经验公式,并确定了青岛地铁沿线不同建筑物的安全允许振速、爆破单孔装药量以及施工振动影响范围。该研究可为今后青岛地铁爆破施工提供指导。