隧道分区爆破振动传播规律试验研究

在重庆枢纽联络线隧道掘进过程中,将隧道掌子面划分为掏槽区、辅助区和周边区分别进行爆破,并对不同区域爆破开挖引起的振动进行了监测与分析。结果表明:隧道爆破的最大振动出现在掏槽部位,采用分部开挖方式和在掏槽区设置大直径空孔可有效降低爆破振动;隧道掌子面爆破区域不同,振动衰减参数也不同,振动衰减系数K随着开挖区域的增大而逐渐减小,振动衰减指数α由地质条件决定,基本保持不变,辅助区K为掏槽区的0.50~0.67倍,周边区K为掏槽区的0.25~0.33倍;重庆地区隧道分部开挖时,K可按掏槽区110~120、辅助区60~80、周边区30~40取值,α可按掏槽区1.5、辅助区和周边区1.6取值。     

爆破振动作用下既有铁路隧道结构动力响应特性

以紧邻既有隧道上方开挖爆破工程为例,通过现场爆破试验和数值模拟,分析爆破振动作用下既有隧道结构动力响应特性.由爆破试验结果可知:质点垂向峰值振速对爆破振动控制起主要作用;采用回归分析得到的质点垂向峰值振速经验公式,对不同最大单段药量时的质点垂向峰值振速预测的平均误差率为11.86％.数值模拟结果表明:隧道直墙底脚位置单元的垂向峰值振速为4.36 cm·s-1,水平向峰值振速为3.72cm·s-1,隧道拱顶处的垂向峰值振速为4.13 cm·s-1,均在安全振速控制值范围之内;相邻位置的隧道围岩与衬砌结构的受力及质点峰值振速均不一致,且振速衰减趋势也存在差异性.现场试验结果验证了数值模拟结果的正确性,而且数值模拟的爆破振动作用下隧道动力响应具有更高的精度.     

浅埋隧道控制爆破施工技术

渝利铁路火风山浅埋隧道采用爆破施工。通过利用爆破振动监测及声波检测技术,结合现场试验数据,分析了毫秒导爆管雷管爆破对地表及基桩底部的振动和围岩损伤的影响。结果表明:采用电子雷管后距离掌子面20 m的最大爆破振动速度降为2 cm/s以下,地表振动速度为0.3～0.5 cm/s;爆破开挖对拱顶的内部围岩损伤范围未达到拱顶以上4 m,符合设计要求。提出的测试方法和检测项目科学可靠,可为隧道施工确定爆破方法和爆破参数提供科学依据。     

天然气爆炸荷载作用下地下管廊动力响应规律研究

采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,基于流固耦合算法,对地下管廊结构内部燃气爆炸传播过程进行数值模拟,得到爆炸过程中的冲击波以及传播过程、冲击波压力云图,并分析管廊结构的动力响应规律。研究结果表明:气体爆炸后冲击波以平面波形式向外传播,在0.1 s内就传出管廊,冲击波的峰值由爆炸中心向两侧传播过程中逐渐衰减,峰值可达633 k Pa;爆炸中心截面上冲击波在3 ms极短的时间内,发生多次反射,冲击波能量衰减迅速;爆炸荷载作用下,爆炸中心正对的壁面处位移最大,位移呈周期性变化,测点加速度,速度和位移相继抵达峰值,分别为140 m/s~2,0.09 m/s和4 mm;管廊壁面测点的加速度和速度呈周期衰减,加速度衰减快于速度衰减,与冲击波强度的削弱有关。     

薄基岩顶板隧道爆破围岩振动影响域分布特征

以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算方法,分别研究基岩顶板厚度为5,4,3,2,1和0.5 m 6种工况下,隧道爆破施工引起的围岩振动特性及围岩影响域分布特征。研究结果表明:横断面上最大振速出现在距岩层界面最近的隧道轮廓上,纵向上最大振速出现在掌子面后方2 m处,但最危险断面在掌子面后方1 m处,且其位置均不受顶板厚度的影响;当顶板厚度≤4 m时,最危险横断面上影响域开始扩展至上覆软岩,随着顶板厚度进一步减小,影响域参数b和d分别稳定在17 m和5.2 m;当顶板厚度处于0~5 m范围内,可参考相应拟合公式预估影响域范围。     

薄基岩顶板条件下隧道施工爆破围岩振动特性

以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,采用现场实测和数值模拟计算方法,研究薄基岩顶板隧道在掏槽爆破荷载作用下掌子面附近围岩的振动特性。研究结果表明:在沿隧道纵向上,在掌子面后方约4 m范围内的隧道拱顶围岩振速处于较高水平,需加强支护并重点监测;在掌子面平面上,由于左高右低倾斜岩层界面的存在,使掌子面附近围岩右侧(基岩顶板较薄侧)振速整体上比左侧(基岩顶板较厚侧)大,右侧振速衰减速度整体上比左侧慢,掌子面右上方附近围岩为薄弱区域,应重点防护。     

爆破施工隧道围岩稳定性研究

结合贵广铁路棋盘山隧道施工现场测试,研究隧道爆破近区围岩振动规律以及稳定性。对棋盘山隧道掌子面后方拱顶5 m范围内围岩的爆破振动速度进行测试和分析,结果表明:隧道爆破近区围岩的振动传播速度随爆破的比例距离呈幂指数衰减,棋盘山隧道Ⅲ级围岩的幂指数为-0.62。对爆破施工隧道的稳定性研究表明:隧道塌方主要是岩块沿着节理面滑动造成的,与节理面的抗剪强度和岩块的大小及形状相关。最不稳定拱顶位置关键块掉落的临界爆破振动速度,随关键块高度的增大而增大,而随关键块长度和宽度的增大而减小。因此,可根据隧道围岩关键块的形状和位置,计算关键块的临界爆破振动速度,进而得到保证关键块不掉落的炸药量,以控制围岩稳定,确保隧道施工安全。     

大跨度小净距隧道爆破振动影响数值模拟分析

结合温州绕城高速屏山隧道小净距段实际工况,应用数值模拟方法对小净距段在爆破荷载作用下的相互影响问题进行研究。研究结果表明:后行隧道爆破施工中应对先行隧道迎爆侧边墙处进行重点监控,且测点应尽量与爆源在相同高度处;对于3车道大断面小净距隧道,后行洞掌子面爆破最大段药量为30 kg时,先行洞二次衬砌发生拉伸破坏的潜在范围约为对应爆破掌子面前后10 m左右,为保证先行隧道二衬结构安全,先行隧道二衬浇注里程应滞后于后行隧道掌子面至少10 m距离以上。结论可为类似小净距段隧道的爆破设计、施工及现场监控量测提供一定参考。     

连拱隧道爆破荷载效应分析

针对连拱隧道设计、施工中存在的问题,采用三维有限差分程序FLAC3D2.0,对连拱隧道进行了爆破荷载数值模拟分析,分析结果表明:在相同条件下,爆破振动受围岩弹性模量E的影响较大,围岩越弱、振动越强烈,反之,围岩越硬、振动越小;爆破应力波最初以冲击波的形式向外传播,随着波阵面不断向外传播,冲击波发生衰减,逐渐从强冲击波衰减成弹性波和地震波,围岩越好、衰减速度越快;爆破振动对隧道的危害主要由一次齐爆最大单响装药量确定;爆破对临时支护的影响较显著,应采用有效措施保护中墙。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。     

深埋风积沙地层隧道掌子面失稳特征研究

研究目的:风积沙是一种黏聚力低、自稳能力差的土体,给隧道设计和施工带来很大困难。本文研究旨为揭示不同掌子面角度下深埋风积沙地层隧道的掌子面失稳特征,从而反馈设计施工。研究结论:(1)掌子面前方失稳区呈楔形状,再向上扩展形成封闭的灯泡状区域,随着掌子面角度增大,失稳区下部扩大,上部缩小,掌子面稳定性逐渐改良;(2)掌子面角度对于失稳区的纵向、横向尺寸影响不大,失稳区前边界约为掌子面前方1倍洞径处,横向跨度约为2倍洞径;(3)失稳土体中存在压力拱,其顶点位于拱底上方1~2倍洞径间,随着掌子面角度增大,失稳区形成的压力拱顶点在下移,跨度在减小;(4)本文推导了适用于深埋风积沙地层的掌子面支护力计算公式,并提出了相关设计施工建议;(5)本研究成果可应用于深埋风积沙隧道,尤其是台阶法或盾构法开挖的隧道。     

隧道爆破开挖作用下洞口高边坡的动力响应

惠州市四环路西坑东隧道洞口段为八级高边坡,本文采用显式动力分析方法研究了隧道内钻爆施工中爆破效应对洞口多级边坡振动特性的影响。结果表明:由于地层的反射与折射,爆破地震波由拱顶的双峰形态变为坡面处的单峰形态,且振动速度峰值由拱顶处的28.810 cm/s迅速降至坡面处的0.383 cm/s;中导洞断面起爆后,边仰坡最下层测点振动速度最大,洞口侧边坡、路堑边坡依次减小,说明距离越远振动衰减越迅速;仰坡坡面测点振动速度峰值依次为上台阶起爆下台阶起爆中导洞起爆侧导洞起爆,故装药量是影响边坡稳定性的关键因素;振动速度峰值小于规范安全允许的质点振动速度。该工程洞口高边坡在隧道钻爆施工下是安全的。     

市域快线列车内不同位置火灾对隧道温度场分布的影响研究

区间隧道火灾时的温度场分布是保障隧道结构安全与制定人员疏散方案的重要依据。根据市域快线列车车厢内部不同因素引发火灾的常见位置,通过数值模拟的方法研究市域快线列车内部不同位置火灾对隧道温度场分布的影响。研究结果表明：1)在1～3 MW火灾中,行李火灾、人为纵火常见位置对隧道拱顶温度影响较大;在4～5 MW火灾中,设备火灾常见位置对隧道拱顶温度影响较大。隧道拱顶的高温区出现在火灾车厢某个客室侧门上方。2)隧道拱顶最高点处温度峰值的最大值常出现在车厢端部客室侧门处。在火灾车厢范围外,隧道拱顶最高点处温度呈指数衰减,且纵向轴线上的火源越靠近车厢中心,隧道拱顶最高点处温度衰减越慢。3)当火源位于车厢内,疏散平台上方的拱顶温度受影响范围较小、峰值较高,当火源位于贯通道内其受影响范围较大、峰值较低,且每个客室侧门处均形成了峰值。4)市域快线列车内部火灾会对3～4节车厢范围内的疏散平台2 m高处温度产生显著影响,在此范围内客室侧门正对的位置形成峰值。当火源功率达到3 MW时,疏散平台开始出现危险区域;当火源功率达到4 MW以上,不同火灾位置时疏散平台均会出现危险区域。行李火灾、人为纵火常见位置的火灾场...     

城市浅埋小净距隧道爆破施工优化与分析

针对福州地铁2号线洋里站矿山法段爆破施工优化问题,采用数值软件计算不同工况下小净距隧道的力学响应;以左右洞错开距离、爆破开挖进尺、上台阶长度为试验因素,以后行洞右侧拱腰水平位移峰值、中隔岩有效应力峰值、地表振速峰值以及双洞贯通时长为评价指标设计三因素四水平的正交试验;采用灰色关联度分析和组合赋权法进行结果数据处理,并获得最优参数组合。研究结果表明:左右洞错开20 m,爆破开挖进尺3 m,上台阶长度10 m为小净距隧道爆破施工最优化方案,且与现场实际采用的爆破方案对比,隧道中隔岩拱腰水平位移、中隔岩有效应力峰值、地表振速峰值分别降低11.4%,33.7%和12.84%;基于正交试验的灰色关联度分析可以通过少次数的试验获得最优化参数方案,具有良好的应用前景。     

上下交叠隧道近接施工力学特性的监控量测与数值模拟分析

以厦门北动车运用所新建刘塘隧道上跨穿越既有铁路隧道的近接施工为依托,通过数值模拟和现场监控量测等手段,分析了上跨隧道开挖对下伏既有隧道的力学影响规律。数值模拟与现场监测结果表明,上方卸载使得既有隧道衬砌结构发生轻微水平向收敛和竖直向隆起(约2 mm左右)。另一方面,上方卸载使得既有隧道衬砌左拱肩处(迎挖侧)的轴力显著降低(降幅约为16%),拱顶处的弯矩显著降低(降幅约为31%),而衬砌其他位置处的内力变化幅值不大。从量值上看,若不考虑爆破振动效应,上跨隧道开挖对下伏既有隧道的力学影响有限。上述成果为新建刘塘隧道的安全施工提供技术支持,也为其他类似近接穿越工程提供参考。     

隧道下穿运营机场跑道的爆破振动安全判据研究

以我国第一座采用钻爆法下穿运营机场跑道的隧道恩施金凤大道许家坪隧道工程为依托,开展对机场跑道的爆破动力安全判据的研究。首先基于应力波传播理论及极限拉应力准则,对爆炸应力波传播至机场跑道上表面(即自由面)处发生的反射进行理论分析,建立基于混凝土跑道结构安全的爆破振动速度判据模型,并提出跑道的爆破振动速度安全阈值;同时,基于数值模拟,从统计角度建立拉应力峰值与质点振动速度峰值之间的函数关系,求解得到机场跑道的爆破振动速度安全阈值。最后,将理论分析结果、数值计算分析与《爆破安全规程》进行对比分析,最终确定机场跑道的爆破振动速度安全判据,为在隧道下穿机场跑道爆破施工提供了依据。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

竖井对高速铁路隧道列车风的影响研究

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以带有竖井的高速铁路隧道为研究对象,建立隧道-竖井-列车-空气三维数值模型,列车运行速度为350 km/h,研究高速铁路隧道竖井交叉结构段列车风的时程变化规律和空间分布特点,分析竖井面积、长度和交叉角度对列车风的作用效果,判定高速铁路单、双线隧道交叉结构段列车风最不利情况。研究结果表明:隧道线路上方典型位置处纵向列车风速度峰值分别是横向列车风和竖向列车风的4.4倍和2.6倍;列车车头经过隧道交叉结构段时,该位置纵向列车风形成涡流,单线隧道处其速度超过20 m/s;竖井会造成隧道交叉段45 m范围内的列车风速度大于一般结构段;高速列车经过单、双线隧道交叉结构段时,典型位置处纵向列车风的速度最大值分别为20.16和18.20 m/s。     

软弱围岩大断面隧道开挖面变形控制技术

软弱围岩隧道的开挖容易造成开挖面失稳坍塌、冒顶,以及地面与拱顶沉降过大等险情,所以需要对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以浙江野猪山隧道为工程背景,根据其掌子面采用长14 m、搭接长度为8 m的玻璃纤维锚杆加固后的实际监测,通过有限元模拟理论分析,得出掌子面挤出变形和拱顶沉降近似成线性关系。由此可以根据掌子面后方的拱顶沉降值预测掌子面前方的土质情况,以便及时采取加固措施。     

浅表层隧道爆破对临近古建振动影响的现场模拟试验研究

隧道掘进爆破施工威胁临近建筑物的安全,尤其是结构性能日益衰退的古建筑。为降低此类爆破施工的环境影响,结合南京地铁4号线鼓楼站爆破施工现场模拟试验,对比分析了单孔爆破和多孔孔间毫秒延迟爆破对省级木结构保护文物鼓楼的振动安全影响。根据现场地质资料,模拟爆破点选在离古建筑距离较远而地质条件相近的拟建风道口处。根据6种爆破强度的模拟结果,研究了地表振动衰减和古建筑振动响应规律,并以此预估实际爆破施工时古建筑的峰值振动速度。试验结果表明:2种爆破方式均未造成古建筑鼓楼的进一步损伤,但相比于单孔装药量为500 g的爆破结果,总装药量为1 100 g的6孔毫秒延时爆破能显著地减小峰值振速。文物鼓楼处地表的水平和竖直向振动衰减规律均符合萨道夫斯基公式,水平振动占主导地位;单孔爆破400 g装药量下共振效应最为显著,速度放大效应约为2.4倍。