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。     

隧道掘进爆破地表振速的预测研究

为了能够预测隧道爆破工程对地表产生的振动速度,采用理论分析与现场试验相结合的方法。首先根据应力波基础理论,分析P、S波斜入射地表面情形下波与作用面的交互关系,并求得地表面的振动响应公式;然后基于围岩的物理力学测试指标以及2次循环爆破监测试验数据,对比分析隧道掘进爆破工程地表面2座民房测点处实测与预测的振动速度。研究结果表明:地表测点处质点振速峰值主要出现在法向方向,最大值为1. 82368cm/s,小于安全规程的阈值;预测振速与实测振速误差较小,可以为类似工程振速预测提供参考。     

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.     

城市浅埋隧道下穿建筑物的微振动爆破技术研究

城市浅埋隧道下穿建筑物时,如何在不影响地表建筑物安全的前提下保证良好的掘进效率,控制爆破振动是关键。现以青岛地铁一期工程(3号线)下穿如家快捷酒店为背景,通过设计合理的掏槽型式、装药结构和爆破参数,成功地将地表振动速度控制在2.0 cm/s以内;结合毫秒爆破和孔外延期技术对爆破网路进行优化,将单个掘进循环的爆破次数从5次降低至2次,使爆破时间节省了1/3,取得了良好的经济与社会效益。     

循环荷载作用下埋地管道力学与变形性能研究

针对循环荷载作用下埋地管道力学与变形性能开展试验研究,综合分析管道埋深(H)、管壁厚(t)、荷载水平(P)、加载频率(f)和循环次数(n)等因素对管道性能的影响。试验结果表明:同等条件下增加管道埋深可有效减少地表循环荷载对管道径向变形和管周土压力影响,管顶土拱效应使管顶竖向土压力明显大于管顶,且管道水平径向距管中心2D～4D范围内水平土压力明显大于竖直土压力;管壁厚增加51. 4%时,管道垂直和水平径向变形比分别减少了43. 3%和35. 7%,且管道上腰部由受压过渡为受拉状态,且过渡区随管壁厚增加而向管顶附近移动;提高循环荷载水平或降低荷载循环频率,管道变形、加载板沉降、管周土压力以及管周应力都明显增加,表明相同循环次数时高水平或低频率循环荷载对埋地管道影响更为显著;随着循环次数增加,管道径向变形比和管周土压力初期迅速增长,加载后期逐渐趋于稳定或出现回落,加载板沉降持续增加,埋地管道向着加载板地基破坏的趋势发展。     

大断面小净距隧道施工对地表变电站的保护措施研究

贵阳市北京东路道路工程#1隧道为大断面小净距隧道,K0+500～+580暗挖段下穿贵乌变电站,埋深浅,地质条件复杂。通过采用洞外对变电站进行加固、洞内CRD六步法开挖、高精度数码电子雷管逐孔起爆的措施,同时加强变电站场坪内地表沉降观测和爆破振速监测,成功穿越了贵乌变电站,地表沉降得到了有效的控制,爆破振速控制在0.4cm/s以内,保证了变电站的结构安全和正常运行。     

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。     

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。     

基于爆破振速衰减规律的爆破振动控制技术

为控制隧道爆破振动危害,预测爆破振动强度,选择爆破振速作为重要指标,以大前石岭隧道爆破开挖为例,利用Ansys/LS-DYNA软件建立隧道模型,分析自由面面积对爆破振动速度衰减规律的影响,考虑自由面面积影响改进爆破振动速度衰减公式。通过监测隧道不同爆破开挖自由面面积以及距离下的爆破振速,统计分析得到爆破振速衰减公式的经验系数,并运用该式预测爆破峰值振速和建立安全距离计算公式,提出了针对隧道爆破振动控制措施。结果表明：自由面面积越小造成质点峰值振速越大,振动越强烈;该隧道爆破振动安全距离为191.76 m;提出的爆破振速预测改进公式,正算可预测爆破振速,反算可确定爆破振动安全允许距离。研究结果表明：改进预测公式具有一定的实际意义,可为隧道爆破施工振动控制提供参考。     

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。     

动静条件下隧道爆破建筑结构放大效应特征分析

为了对不同动静条件下隧道爆破地震波对高层建筑结构放大效应的影响情况进行探讨,基于实测数据建立的时程特征分析方法,建立以动静条件下隧道爆破-围岩-建筑结构多场耦合模型,对高层建筑结构放大效应的规律及结论进行探讨与分析。结果表明： 在动静条件下建筑结构的响应特征不相同,放大效应规律也不一样; 静条件下工况相比动条件下放大效应更为明显,而动条件下的放大效应规律更偏向于贴合实测情形且表现更为复杂化; 通过对建筑结构在不同动静条件下的放大倍数进行对比分析,单纯从岩性条件上来评价,可推测出较软围岩工况的放大效应相比较硬围岩工况更为强烈。     

隧道掘进爆破对某巨型干溶洞洞壁危岩体的扰动作用研究

为了分析隧道爆破振动引起的溶洞落石风险,以湖北新建高铁黔张常线路高山隧道揭露的巨型干溶洞为研究对象,首先对溶洞进行无人机探测与三维激光扫描测绘,并以三维激光扫描仪监测分析溶洞稳定性,随后以引发溶洞落石频发的掘进爆破扰动效应为重点研究内容,建立溶洞危岩体爆破振动监测系统,获得溶洞表面质点爆破振动速度。结合萨道夫斯基标准公式,给出溶洞表面岩体的爆破振动速度计算公式,分析爆破扰动作用下溶洞落石规律及危岩体裂缝发展规律。主要结论如下： 1)巨型溶洞表面岩体允许的爆破振动速度为1 cm/s,隧道掘进爆破引发的质点振动速度超过该值时溶洞就会出现落石,超过1.5 cm/s时溶洞就会出现多范围大体积落石; 2）为保证溶洞作业期间的人员和设备安全,预防落石风险,采用钢管柱+H型钢梁组成的满堂支架安全防护体系支护溶洞,具有良好的支护效果。     

匝道爆破开挖中保护埋地管线的贝雷梁应用研究

以泸州市沱江四桥及连接线工程为背景,介绍并分析了爆破开挖时利用贝雷桁架结构保护管线的措施。首先在静力条件下,利用解析法和数值模拟方法对结构进行安全检算;其次,运用ANSYS/LS-DYNA模拟爆破开挖,将得到的振动加速度施加到结构上并进行动力响应分析,得到贝雷梁最大变形19.9 mm,最大压应力90.5 MPa,最大拉应力36.1 MPa,满足变形及强度要求;最后,运用ANSYS分析结构的动力特性。结果表明:结构的自振频率远小于爆破振动频率,且在水平面上垂直顺梁的方向结构最易变形。     

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。     

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。     

复杂环境地下深埋管道非开挖拔除技术研究

通过对突发阻碍盾构掘进的地下深埋大直径长距离废弃燃气钢管清除技术进行研究，采用管周套环全长洗切减阻和管端拖拔同步置换等技术，在复杂施工环境中，整体拔除严重影响盾构掘进的埋深22 m、长600 m废弃DN600高压燃气钢管，并确保地面环境沉降和地下邻近运营DN800高压燃气管、DN350燃油管等重要建构筑物均安全可控。该技术推广应用于另一邻近工程地下深埋废弃DN300燃气钢管的拔除，应用效果良好，对类似工程建设过程中地下管道障碍处理和管道迁改敷设等，具有重要借鉴价值和参考意义。     

爆破振动对宋家湾隧道施工的影响

为评价在生产常规作业阶段爆破施工方式对隧道结构的影响,对宋家湾隧道爆破振动进行监测,以获取主振频率,最终以频率和振动速度2个指标评估隧道爆破作业振动效应.本次爆破的最大振动速度为3.1 cm/s,主振频率范围为27.34～70.31 Hz,最大振动速度远小于国家标准.可知对隧道支护结构影响有限频率范围为27.34～70.31 Hz,远高于隧道的自振频率(一般在3～9 Hz范围内),不会出现共振放大现象.     

城市硬岩隧道减振爆破直眼掏槽技术应用及实践

在城市隧道掘进爆破施工中,掏槽方式的选择,不仅影响掘进速度,同时也影响爆破振动效果。为将青岛地铁一期工程3号线3标段下穿建筑物时爆破振动影响程度降到最低,选取该标段下穿济南军区第一疗养院口腔科医院段作为试验区段,对小直径单中空直孔掏槽、大直径单中空直孔掏槽和大直径双中空直孔掏槽3种掏槽形式的掘进进尺、炮眼利用率和爆破时掌子面正上方地表质点振动速度峰值进行数据统计分析。从中得到以下结论:1)同等条件下,大直径单中空直孔掏槽在炮眼利用率、减振效果方面优于其他2种掏槽形式,采用该掏槽形式,顺利通过了试验区段的施工,且振动速度控制在2 cm/s内;2)直眼掏槽掘进及减振效果与装药眼距中空孔边沿距离l与中空孔孔径ф的比值相关。