隧道下穿县城爆破震动对地表建筑影响及安全评价

榆佳高速公路佳县隧道整体下穿佳县县城,洞顶地表有大量房屋、道路等结构物,钻爆法施工可能造成地表建筑开裂、失稳等不利影响.为明确受影响范围及程度大小,确保工程顺利进行而展开专题研究.根据规范拟定爆破最大段装药量为5.0kg,采用数值模拟方法计算地表振速峰值,对地表建筑进行安全评价并提出应对措施,初步分析黄土的振动响应特征.研究结果显示:隧道上方地表房屋和道路最大振速均满足安全允许标准,距隧道拱顶最近的两座房屋最大振速为2.4 cm/s,主振频率为56.0 Hz,在施工中应加强监控量测和实施加固保护措施;黄土覆盖层可以有效加速震动能量衰减,频率大于70 Hz的高频部分基本被过滤,但震动持续时间加长.评价结果可为施工方案和监控设计提供依据,评价方法可为类似工程提供参考和借鉴.     

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。     

隧道爆破施工对近接既有隧道的影响分析

新建隧道爆破施工对既有隧道影响严重,为了对影响规律进行分析,对既有隧道进行爆破振动监测。通过对监测爆破振动数据进行统计分析,得出爆破振动振速传播规律,归纳分析得到爆破振动传播规律的萨氏公式,并得到振动速度与爆心距和最大段装药量的关系,为有效地减小爆破振速提供理论依据。     

无中墙连拱隧道爆破振动响应特性及安全控制措施

无中墙连拱隧道相较传统连拱隧道取消了中墙结构，其先行洞与后行洞初支拱架相互搭接构成整体隧道结构，因此在后行洞爆破开挖时，先行洞及连拱处的爆破振动安全控制极为关键。依托榨坊隧道工程，开展后行洞爆破振动跟踪监测，并对先行洞二衬的爆破振动衰减规律及频谱特性进行了分析；通过LS-DYNA三维有限元数值模拟，研究了先行洞横断面及轴向的爆破振动响应特性，比较分析了注浆加固及布设减震层对连拱处三角区围岩与先行洞衬砌结构的安全控制效果，并通过现场监测，对其应用于实际工程的控制效果进行了评价。实测数据显示：无中墙连拱隧道后行洞开挖时，先行洞边墙二衬的水平径向振动强度最大，且以掏槽孔爆破振动为主，主频集中在40～65 Hz。数值分析显示：先行洞爆破振动速度沿其横断面和轴向的分布均不对称，迎爆侧振动速度显著大于背爆侧，且迎爆侧拱腰至拱肩部位的振速最大；受波传播路径的影响，先行洞未开挖方向的振速相对较高，爆破振动速度沿隧道已开挖方向衰减更快；围岩超前注浆加固可保证连拱处上方三角区围岩的稳定与安全，可分别降低振速和最大主应力69.2%和57.9%;布设减震层可有效控制先行洞衬砌结构的振动安全，可分别降低拱腰和拱...     

相邻隧道爆破震动波的传播规律研究

针对胶州湾海底隧道青岛端接线工程匝道开挖对主隧道的振动影响,在主隧道内进行爆破振动监测。以实测振速数据为依据,分析主隧道内对应匝道工作面前后震动波的传播规律,得到垂直振速、水平径向振速以及水平切向振速随测点距工作面距离不同的变化规律。分析发现,主隧道内已开挖区爆破振速大于未开挖区振速,未开挖区振速在一定范围内相对稳定。     

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.     

基于HHT分析的浅埋隧道爆破振动控制研究

以青岛地铁施工过程中浅埋段隧道下穿建筑物为例,运用HHT分析理论结合MATLAB软件研究了爆破振动监测信号的时频关系,分析雷管的起爆时间间隔,为振动控制提供理论依据。通过分析发现:1)爆破振动信号的频率基本在90 Hz以下,优势频率范围为20~70 Hz;2)根据《爆破安全规程》规定的安全允许标准,3号民房爆破安全允许振速可定为2.0 cm/s,设计振速1.0cm/s较为保守;3)不考虑雷管自身延时误差的情况下,60 ms将是雷管比较理想的段与段之间延期时间间隔;4)实际爆破过程中,雷管延时误差是普遍存在的,总体误差呈现为正值。     

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。     

山区公路隧道爆破振动对地表影响的数值分析

以贵阳花溪至安顺高速公路跳花坡双线隧道为工程背景，运用Midas GTS有限元分析软件，建立了隧道爆破振动对地表影响模型。得到了地表振速和振动加速度的分布云图，并分析归纳了最大振速和振动加速度的变化规律。隧道爆破振动对地表影响的研究，可以用于高速公路隧道爆破的设计和施工作业。     

复杂场地爆破振动对邻近构筑物动力响应及安全影响分析

在地形复杂、高差悬殊较大场地进行深挖路堑施工时,针对临近既有构筑物在爆破振动作用下所产生的动力响应和安全影响,基于较先进的网络测振仪系统,在邻近构筑物上布设爆破振动观测点,对爆破时产生地震波进行采集并详细分析。结果表明,在一定范围内地形高差对爆破振动传递有明显影响,近爆心处质点振动以垂向为主,且为高速低频振动,对结构会产生较大影响;爆心与构筑物水平距离在20m范围内时采用露天浅孔爆破,可以控制爆破对周围结构产生的振动影响;分析所有爆破记录数据可知,其主振频率对应的振动速度峰值均在规范要求范围之内,对构筑物实地巡查也未发现损伤现象;该爆破工程所采集数据为进一步研究爆破技术在复杂场地中的应用提供了大量材料。     

小间距隧道爆破动力响应分析

基于复线隧道施工爆破对既有隧道稳定性冲击问题,结合沪蓉线庙垭分岔隧道工程实例,研究了其小间距段施工爆破的振动监测方法、爆破动力特性及其减振控制技术。通过对隧道爆破围岩和衬砌质点振动速度波的频谱分析及其振速预测数学模型的改进研究,分析了隧道振速峰值纵向衰减规律、衬砌振速主频、横断面振速分布规律及爆破掌子面附近振动情况,并以小间距既有隧道中墙迎爆侧破坏为基准,从循环进尺、微振起爆、掏槽结构等方面提出了相邻隧道爆破减振技术措施。研究结论可为类似工程的爆破设计、施工及监测提供参考。     

基于EEMD的地铁隧道爆破振动信号分析与应用研究

针对EMD（empirical mode decomposition，经验模态分解）方法在处理爆破振动信号时存在模态混叠的问题，引入EEMD（ensemble empirical mode decomposition，集合经验模态分解）方法，对爆破振动信号进行去噪处理，并分析城市隧道掘进爆破振动信号的特征信息，从而研究城市隧道掘进爆破振动效应。以乌鲁木齐轨道交通1号线爆破开挖工程为依托，利用现场爆破振动监测数据，采用EEMD方法与EMD方法对原始爆破振动信号进行去噪处理，运用信噪比（SNR）法和均方根误差（RMSE）法对所得结果进行量化评估并进行比较，从而获得较准确的信号去噪方法，然后运用希尔伯特变换对去噪后的爆破振动信号进行时间-频率和能量分布特征分析。研究表明： 1）EEMD法去噪结果信噪比和均方根误差分别为30.51和0.005 5，EMD法去噪结果信噪比和均方根误差分别为20.88和0.010，EEMD去噪法要优于EMD去噪法； 2）在文章所述起爆方式下，隧道爆破振动的能量一般集中在频率段5～80 Hz，且主要分布在50 Hz以下的低频段，应采取合理的降震增频措施来控制爆破振动对建（构）筑物的影响； 3）爆破振动瞬时能量峰值与振速峰值所在的时刻一致，说明瞬时能量谱能较好地体现爆破过程中振动效应随时间的变化规律； 4）基于信号去噪及分析的研究结论，提出地铁隧道爆破振动控制技术。     

特大断面隧道钻爆法原位扩挖的爆破振动测试分析

福州市二环路金鸡山隧道原位扩建工程,采用钻爆法施工,通过爆破振动现场测试,重点分析赋存既有临空面的条件下,爆破振速的最大值及其主频的衰减规律。按萨道夫公式基本形式求出最大爆破振速传播与衰减的拟合式,得到Ⅳ级围岩K值明显小于相关规程建议的取值范围,说明既有临空面的存在能显著减小爆破振动效应。对爆破振速时程曲线进行傅立叶分析,认为爆破振动波在周边岩体的传播过程中,其高频成分衰减相当显著。基于此,建议在原位扩挖隧道的爆破施工中,适当减小掏槽眼的装药量,适当增大扩槽眼和辅助眼的装药量,以利用赋存既有临空面的有利条件,提高洞内破岩效率,减小洞外振动效应。     

隧道微差爆破的延时计算及电子雷管减振应用

为实现复杂环境下隧道爆破减振,根据微差爆破延时计算理论,综合考虑围岩的物理力学参数及隧道爆破施工参数,提出采用电子雷管进行微差爆破的延时计算方法。研究起爆药量对爆破地震波振速和主频的影响,并将研究成果应用到成渝客专新红岩隧道爆破工程中。结果表明： 1）微差爆破的合理延时需要考虑岩石破碎及沿裂缝扩展到掌子面并抛掷足够距离的时间; 2）采用微差爆破延时计算方法,可合理设置电子雷管延时,实现单孔间隔微差爆破,有效降低峰值振速、提高振动主频; 3）在新红岩隧道爆破工程中,采用电子雷管爆破相比毫秒非电雷管爆破振速减小60%以上,证明电子雷管微差爆破延时计算方法的准确性和合理性。     

上跨既有线的铁路隧道爆破施工振动测试与拟合分析

以厦门新建刘塘隧道为工程背景,介绍了机械-钻爆混合开挖方法在隧道近接施工中的应用;进而通过现场爆破振动测试,探讨赋存内侧临空面条件下,爆破振速的典型时程曲线和最大振速的衰减规律。以萨道夫公式为理论基础,分别对近场测区和远场测区的最大振速进行了回归分析。结果表明:IV级围岩的α值约1.5~1.6,K值约为100~130;其中K值明显小于相关规程建议的取值范围,佐证了赋存临空面对减小爆破振动效应的有利影响。     

大跨小间距隧道微振钻爆施工及中夹岩振动特性研究

为了减少隧道爆破产生的振动,研究大跨小间距隧道中夹岩的振动特性,依托贵阳市七冲村1号公路隧道工程,依据自由面减振原理对CD法进行优化,提出中夹岩侧上台阶“前后错落3部”同步爆破施工的CD法,并对中夹岩内部围岩的爆破振动进行测试,研究并揭示后行隧道掏槽孔、辅助孔及周边孔爆破时掌子面前后中夹岩内部围岩的振动速度传播规律。研究结果表明：利用增加自由面个数和面积对CD法进行优化,能够保证在施工进度不变的条件下,使5 m处围岩的振动速度小于5 cm·s^-1,有效地减小了爆破振动,实现微振爆破施工;在隧道爆破近区,爆破距离是影响振动速度的主导因素,质点最大振动速度由周边孔单段装药量决定;在隧道爆破中远区,装药量是影响振动速度的主导因素,质点最大振动速度由最大一段装药量决定;无论掏槽孔爆破还是辅助孔及周边孔爆破,掌子面前方中夹岩振动速度都稍大于掌子面后方中夹岩振动速度;掌子面前方岩体的场地系数K大于掌子面后方中夹岩的场地系数K;随着自由面数量的增加,场地系数K及衰减系数α都减小。     

大跨度小净距隧道中夹岩爆破振动控制与损伤判别

明确爆破动载作用下大跨度小净距隧道中夹岩柱的振动响应及累积损伤演化规律，有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。依托厦门海沧疏港通道工程项目，现场采用爆破测振与声波测试对中夹岩体的爆破振动速度及围岩声波速度进行监测与分析,并对原有的爆破方案进行优化，对循环爆破作用下中夹岩振动传播与损伤演化规律进行探究。研究结果表明： 1）掏槽眼的装药量和自由面数量是影响中夹岩爆破振动速度的主要因素，通过优化爆破方案设置减振孔,使中夹岩振速降低了67.4%，最终控制中夹岩的最大质点峰值振动速度为12.67 cm/s，符合规范要求; 并根据萨道夫斯基公式，回归得到中夹岩的振动响应规律。2）在多频次爆破作用下，侧面岩体声波速度整体高于中夹岩体，受应力波及裂隙的共同影响，围岩声波速度由中夹岩内部至隧道轮廓线呈波动式下降趋势，随着掌子面的不断远离，中夹岩累积损伤范围最终稳定在距围岩表面1.5 m范围内； 通过现场监测与优化实现中夹岩爆破振动控制与累积损伤范围判定，保障了大跨度分岔隧道的高效安全掘进。     

浅埋隧道爆破施工中邻近框架结构的振动响应分析

为研究隧道爆破作用下邻近框架结构的振动响应机制，以某5层框架结构住宅楼为例，借助ANSYS/LS-DYNA建立基于隧道爆破-围岩-框架结构的三维耦合数值计算模型，分析隧道爆破施工中邻近框架结构的振动响应。研究结果表明： 数值模拟清晰地展示了隧道爆破作用下围岩和框架结构应力场、位移场的变化情况，给出了爆破振动波从围岩至框架结构的传播过程。通过对比实测测点与数值模拟中对应测点的振动速度时程曲线和频率分布，验证了数值模拟方法的可靠性。在隧道爆破作用下，邻近框架结构梁、柱以及外墙等构件的振动响应并不一致，随结构高度呈现出不同的变化规律。此外，应力集中现象主要发生在建筑物底层外墙、外墙与柱结合处、外墙与梁结合处以及外墙与楼板结合处等非承重部位，表明这些部位更易在隧道爆破过程中发生损伤开裂。