Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖轮廓控制研究与应用

Ⅳ级围岩大断面隧道采用全断面爆破法开挖具有围岩强度低、雷管段别高、装药量大的特点,爆后容易出现断面轮廓控制不足,超挖严重的难题。以新疆其特长高速公路隧道为工程背景,分析了爆破开挖过程中导致轮廓围岩损伤严重的主要因素,基于现场试验方法结合围岩损伤分析,优化了光爆层厚度、装药结构、起爆顺序等爆破参数,其中利用预留光爆层试验法确定最佳光爆层厚度为65 cm,采用导爆索三角形搭接法降低了周边眼起爆误差,优化装药结构及起爆顺序降低最大单段药量及总药量。爆后连续8个循环的超欠挖统计数据及振动监测结果表明:方案优化后的平均线性超挖量控制在0.25 m以内,平均炮孔痕迹率由之前的49.3%提高至试验后的91.1%,有效地改善光面爆破效果,降低隧道支护成本。爆破过程中最大峰值振速发生在掏槽段为2.131 cm/s,符合爆破安全规程的相关要求,且整体振速分布比较均匀。故所采取爆破参数优化设计是可行的,能够有效降低Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖对围岩的损伤,研究成果为类似工程提供借鉴。     

公路隧道软岩爆破超欠挖控制技术研究

目前公路隧道掘进普遍采用光面爆破技术,从实际运用的效果看,软岩的光爆效果不太理想,超欠挖现象普遍,隧道边墙超欠挖现象还比较严重。针对这一现象,文中通过工程实际应用,提出了根据工程地质条件合理确定参数、周边眼隔孔装药、V形复式掏槽、边墙周边眼与下一循环拱顶周边眼同时起爆等措施进行控制,并通过大量的现场对比爆破试验,优化调整爆破参数,有效地解决了隧道超欠挖问题,取得了较理想的效果;在软弱围岩光面爆破参数理论计算中,建议应考虑光爆层岩石损伤效应的影响。     

特大断面硬岩隧道爆破开挖技术研究——以丰宁隧道Ⅱ级围岩段为例

为验证特大断面硬岩隧道爆破空孔布置形式及爆破参数选取的合理性,并解决现场试爆造成的危险系数增加和费用增高等问题。对丰宁隧道Ⅱ级围岩段采用ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件,模拟了中间空孔和四周空孔2种布置形式的直眼掏槽方案,分析爆破应力波传播规律及岩石破坏情况,确定前者为优选方案;利用光面爆破技术,确定周边眼合理参数;结合现场观测数据,评价爆破效果。证明"中间空孔布置的直眼掏槽+合理的爆破参数"设计是合理的,且数值模拟技术可有效降低成本,其研究成果可为类似工程提供参考。     

板岩隧道光面爆破现场试验及推广应用

在开展光面爆破现场试验基础上,分析了层理构造对光爆效果的影响,总结了适用于层状板岩隧道的光爆技术参数,对试验段光爆优化前后代表性隧道断面超欠挖进行跟踪量测,对比分析光面爆破效果,实现了半眼保存率平均达到85％～90％以上,平均线性超挖量小于10cm,局部最大线性超挖量18—20cm。基于光爆技术在怀通高速公路全线层状板岩隧道施工中的推广应用,总结了光面爆破实施后的技术经济效果,可为类似工程提供参考。     

铁路隧道光面爆破施工技术与管理实例

为减少铁路隧道开挖断面超挖或欠挖,提高隧道施工的安全和质量,有效控制施工成本,在爆破参数初步设计的基础上,对周边孔间距、光爆层厚度、炮孔长度、装药量和分段装药结构进行优化,最终采用周边孔间距为35 cm、光爆层厚度为40 cm、炮孔长度为3.2~3.8 m、周边孔每孔装药量为0.6~0.75 kg和分3段进行装药的优化参数,爆破效果满足铁路隧道光面爆破控制的要求。另外,在爆破作业过程中,通过加强技术交底、技术培训以及合同管理,并严格执行班组长责任制,提高了爆破控制的质量,达到超欠挖控制的目标,有效节约经济费用。     

洞窟下紧邻隧道爆破振动响应分析及控爆措施研究

新建隧道下穿紧邻地下洞窟(群)的爆破开挖将引起已有洞窟(群)振动响应,影响已有洞窟(群)安全。该文以下穿已有防空洞窟(群)杭州北干山隧道为工程背景,针对洞窟(群)下紧邻隧道爆破开挖的耦合装药不设置减振孔、耦合装药设置减振孔、非耦合装药不设置减振孔、非耦合装药设置减振孔4种上下台阶爆破开挖施工方式,在炸药爆破荷载作用下的洞窟振动响应进行了计算机数值模拟。数值模拟采用三维非线性有限元程序LS-DYNA,得到了4种爆破开挖方式上方洞窟底板的振动速度、等效应力等动力响应指标。数值模拟结果表明:从爆破应力波峰值速度、等效应力峰值等方面,非耦合装药设置减振孔方式相对其他3种情况均具有相当优势,因此,洞窟(群)下紧邻隧道爆破开挖推荐采用非耦合装药设置减振孔的钻爆方式,该数值模拟结果在实际工程现场爆破得到了验证,最危险状态下采用非耦合装药设置减振孔的上下台阶法爆破后,上方洞窟底板峰值速度小于规范允许值,设计安全。     

短天窗点间隔临近既有隧道导洞微振爆破研究

隧道在爆破施工时可能会对临近既有隧道产生爆破振动甚至结构开裂等不利影响,威胁既有铁路的安全运营。为克服新苔井山隧道爆破施工时面临的既有运营线天窗点间隔短、日循环进尺小等难题,提出一种短天窗点间隔临近既有隧道先行导洞微振爆破方案指导现场施工,同时通过采用数值模拟与现场监测相结合的方式,对不同进尺下既有苔井山隧道各点的振速及主应力分布情况进行分析。结果表明:在满足微差爆破振速限值3 cm/s的条件下,临新建隧道爆破施工的最大合理进尺为1.6 m;采用合理进尺进行爆破施工时,迎爆侧第一主应力在拱腰处最大,为1.255 MPa,未超过C25混凝土的极限抗拉强度标准值(1.78 MPa)。采用分天窗爆破方案可以有效控制爆破振动,加快施工进度,为类似工程提供借鉴。     

凿岩台车采用长短眼配套控制隧道超挖技术

为有效降低施工成本，减小钻爆法隧道超挖量，提高钻爆施工技术及改进施工工艺，通过研究凿岩台车作业模式，分析得出凿岩台车进行隧道钻爆开挖时，由于受台车钻臂结构影响以及现场视线不清、视距较远等，钻凿周边眼时外插角不易控制，产生的隧道超挖往往较大。结合工程实践，通过对比凿岩台车在初期支护紧跟掌子面及不紧跟掌子面等不同施工工况下长短孔配套施工产生的超挖量，得出在保证施工安全的前提下，保留一定长度的隧道不进行初期支护施工钻孔，并采用长短孔配套钻孔爆破技术，可有效控制凿岩台车钻爆时隧道的超挖量。研究结果表明： 采用长短孔配套钻孔时，Ⅱ、Ⅲ级围岩，Ⅳ级围岩，Ⅴ级围岩相比类似条件只采用长眼时的最大超挖量分别减少约12、19.5、21.5 cm。     

既有运营地铁车站结构下换乘节点施工方案比选研究

为保证换乘节点施工安全，结合深圳地铁石厦站换乘节点实际情况，对可能出现的施工风险进行分析，提出应对风险的施工方案，并采用数值方法对不同施工方案进行分析比选。数值结果显示： 换乘节点开挖前注浆封闭止水，采用小导洞注浆+台阶法+临时仰拱分层、分块开挖等综合方案施作换乘节点是合理的。现场对既有结构的自动化监测数据显示，施工过程中3号线车站负2层中板最大竖向位移为5.6 mm，车站既有地下连续墙最大深层水平位移仅为0.6 mm，既有结构变形均远小于监测预警值。     

MJS加固试验桩水化热对温度场影响研究

为确定MJS+水平冻结法联合加固的冻结开冻时机,对MJS加固水泥土试验桩水化放热规律进行研究。采用直接法测定水泥水化热获得不同水泥质量掺量（40%、45%、50%、60%、70%）的水化热和水化放热速率,利用水化热室内试验所得数据进行数值模拟预测MJS加固体温度场变化规律,并结合现场MJS试验桩温度实测数据进行对比分析。结果表明： 1）MJS水泥土试验桩的中心温度随水泥质量掺入比增大而提高; 2）试验桩温度模拟值与实测值变化趋势相近,验证了数值模拟的正确性; 3）MJS水泥土试验桩的中心温度先升高后缓慢降低,5 d左右水化放热量达到峰值,温度为56.1~69.2 ℃,水泥土水化放热随水泥质量掺入比的增大而升高; 4）大体积水泥土因水化作用中心温度上升较大,单桩MJS水泥水化热在施工后30 d基本释放完成,故宜在30 d后进行人工冻结加固。     

“短孔卸压降振法”对周边孔爆破减振效果的研究

为了解"短孔卸压降振法"对周边孔最大振速的影响程度,利用多自由面削减能量的原理,首先采用ANSYS-DYNA数值模拟软件对设置"卸压短孔"前后的断面模型进行计算分析,其次结合现场对设置"卸压短孔"前后的隧道断面爆破试验,提取爆破后的振速图进行对比论证,从而得出设置"卸压短孔"前的断面爆破振速大于设置后的断面爆破振速的结论。结果表明:1)使用"短孔卸压降振法"后,断面周边孔振动速度有所降低;2)采用"短孔卸压降振法"进行控制爆破后,隧道开挖轮廓线成型平整,超欠挖现象显著减少。     

优化爆破参数进行地铁车站隧道控制爆破

为减小爆破振动速度和提高炮眼利用率,以青岛地铁2号线车站主体Ⅰ部上台阶的爆破开挖为背景,从理论上分析了由于掏槽区域爆破效果差引起爆破振动过大,由于掏槽眼不对称、掏槽区域布置不当、掏槽眼间排距过大、辅助眼排距过大、未封堵炮孔等原因造成炮眼利用率较低。结合理论计算和工程前期施工经验对楔形掏槽参数进行了优化,同时在校核单段最大起爆药量时考虑了多自由面的影响。结果表明： 优化后的复式楔形掏槽使炮眼利用率提高到90.5%,爆破振动速度控制在0.7 cm/s以内。     

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。     

隧道爆破荷载作用下中隔壁动力响应与破坏机理研究

中隔壁结构作为隧道初期支护体系中重要的承载构件，在隧道爆破荷载作用下极易发生损伤开裂和破坏。首先依托双向八车道的港沟高速公路隧道工程，进行爆破荷载作用下中隔壁的动力损伤破坏试验，提出中隔壁支护结构的破坏形态及类型；然后利用ANSYS/LS-DYNA建立隧道爆破与中隔壁支护结构数值模型，采用流固耦合的方法模拟岩体爆破及中隔壁支护结构的动力响应，并考虑单段装药量、爆距等不同因素，研究其对中隔壁破坏模式及形态的影响。研究结果表明：隧道爆破荷载作用下中隔壁破坏形式分为背爆侧混凝土开裂剥落、中心区域混凝土震塌成洞、钢筋网及纵向连接钢筋震坏断裂、钢拱架发生扭曲变形4种类型；中隔壁支护结构在爆破应力波的作用下处于反复拉压状态，并在岩石破碎抛掷冲击的作用下发生破坏，且中隔壁支护结构中心、顶部和底部是结构最易发生损伤的部位；单段装药量和爆距的改变会对中隔壁支护结构的破坏范围和破坏程度产生影响，且结构呈现出不同的破坏形态，与现场试验结果一致；建议隧道爆破施工时爆距控制在40 cm以上，单段药量控制在7.2 kg以下，以减少对中隔壁支护结构的破坏。     

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。     

节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响研究

以吉林省某隧道工程为依托,研究了节理产状对隧道光面爆破成形效果的影响。通过机理研究、试验分析以及ANSYS/LS-DYNA动态有限元数值模拟三种方法的综合研究,得出当闭合型节理与炮孔连线夹角大于70°时,节理对光面爆破成形效果无明显影响,夹角不满足条件时,岩体将沿着节理面方向和垂直节理面方向发生破坏,形成之字形锯齿状断裂面,夹角等于45°时,断裂面凹凸度最大。