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...     

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。     

土岩交错地层隧道爆破施工的振动响应及空洞效应分析

以汕湛高速揭博段水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算的方法,建立上软下硬地层下爆破振动的有限元计算模型,对爆破荷载作用下上部初期支护和围岩的振动响应及空洞效应进行研究。结果表明： 1）掌子面下部基岩爆破施工的振动荷载主要通过支护结构传递给拱顶围岩,而掌子面上部前方围岩（未成洞区）和后方围岩（成洞区）振动分布并不对称,其中成洞区围岩的振动速度和振动范围远大于未成洞区,说明上软下硬地层隧道爆破振动存在空洞效应; 2）成洞区单向约束是造成振动加剧的根本原因,围岩振动的纵向最不利位置为掌子面后方约2 m处,径向为软硬交界结构面与隧道外轮廓的切点处; 3）振动方向以径向为主,即拱顶围岩振动以竖向振动为主,初期支护拱脚以水平振动为主; 4）距离掌子面1倍(洞径)范围的拱顶围岩及初期支护拱脚是控制爆破振动的关键部位。     

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.     

爆破荷载作用下隧道初次衬砌结构的动力响应

为了研究隧道初次衬砌结构在爆破荷载作用下的动力响应,采用现场试验和数值模拟相结合的方法,应用TC-4850测振仪获得3个测点8次监测试验的质点振动速度峰值数据,依据最小二乘法拟合得出质点振动速度峰值传播规律的萨道夫斯基公式;采用LS-DYNA数值模拟软件,定义材料参数及其状态方程,在依据质点振动速度峰值传播规律可靠性分析验证数值模型合理性的基础上,建立隧道初次衬砌结构仿真模型,考虑初次衬砌强度的变化,分析隧道结构关键位置(拱脚、拱腰、拱肩、拱顶)处应力及位移的变化规律。研究结果表明:隧道初次衬砌结构X方向拱脚和拱顶处应力峰值明显大于其余关键位置,Y方向应力峰值出现在拱脚位置,为118 100 Pa,Z方向应力峰值同样出现在拱脚处,为239 100 Pa,且Z方向应力峰值明显大于X和Y方向;隧道初次衬砌结构位移峰值出现在拱腰位置,为0.361 cm,且Z方向位移峰值出现时间明显早于X和Y方向;在C30的基础上,增加C25和C35初次衬砌强度等级,随着初次衬砌强度的递增,应力呈正相关关系,位移呈负相关关系。     

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。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

小间距隧道爆破振动影响分析

以辽宁省庄盖高速公路戴峪岭2号隧道为背景,运用瞬态动力学的基本理论,建立了数值模型,采用Ansys软件分别对不同的围岩级别、不同的隧道净间距以及不同的施工方法,在受邻近小间距隧道爆破振动作用下的既有隧道振动进行了非线性研究。结果表明:全断面施工对既有隧道的影响大于台阶法施工;新建隧道爆破开挖对既有隧道迎爆侧的边墙影响最大;既有隧道衬砌的振速和应力随隧道间距的增大而减小。     

不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性数值分析

针对目前隧道衬砌结构在运营中出现较多病害的现状,运用数值计算手段,建立三维有限元数值模型,对不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性进行了评价,详细研究了衬砌结构在不同应力场作用下出现裂缝时的应力和变形,研究结果表明:不同应力场,隧道衬砌结构均先在拱脚处出现裂缝;随着侧压力系数的增大,衬砌结构承载减小;拱脚处应作为隧道结构长期安全性应力监控的重点;另外,在λ为0.5、1.0的应力场中,边墙处压应力值也较大,而在λ为1.5的应力场中,拱顶处的压应力值较大;隧道结构在长期安全性变形的监控中,在λ为0.5的应力场中,边墙、拱顶处应重点监控;在λ为1.0的应力场中,拱肩、拱顶处应重点监控;在λ为1.5的应力场中,拱腰、拱顶处应重点监控.     

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。     

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。     

隧道爆破振动试验研究

由于某隧道从水库斜下方穿越且存在断裂破碎带,为确保隧道施工不会引起F3断裂破碎带孔隙变大、同时保证隧道爆破施工不危及水库大坝的安全运营,必须进行爆破振动试验及监测分析。通过对水库坝体及隧道洞内进行爆破振动监测与试验,数据结果表明,大坝坝体两测点监测的爆破振动速度均小于爆破振动控制预警标准2.5cm/s,表明隧道洞内掌子面爆破未对水库大坝坝体造成不利影响,隧道洞内拱腰位置水平切向振速较大。并通过爆破振动监测,了解地下工程爆破振动规律。     

京张高铁东花园长大明挖隧道衬砌结构变形特征研究

为解决长大明挖高铁隧道施作衬砌结构时养护不充分、拆模较早等引起的衬砌结构容易裂缝问题,防止衬砌结构在自重应 力作用下对隧道运营期的防水及结构安全造成影响,基于京张高铁东花园长大明挖隧道工程,采用有限元分析和在衬砌结构典型 断面上的拱肩、拱腰不同位置布设钢筋计、混凝土应变计、土压力计、表面应变计,对衬砌结构的内力变形进行现场监测。分析得 出: 衬砌结构容易出现塑性应变的位置是拱腰处大于拱肩处,裂纹均出现在1/2 截面附近的矮边墙以上及起拱线以下位置,且均为 环向裂纹;对于矮边墙以上、起拱线以下的混凝土来说,其降温产生的收缩变形会受到矮边墙钢筋剪力的约束,使其不能发生水平 位移。最后,给出控制衬砌结构受力变形和加快施工进度的建议。     

爆破震动条件下小净距隧道动力特性分析

本文依托中条山特长公路隧道,以隧道洞口小净距段为研究对象,采用有限差分软件FLAC3D,对软弱破碎围岩并行小净距隧道洞口段进行非线性动力时程数值分析,探究爆破震动影响条件下的小净距隧道动力响应特征。研究结果表明:受爆破震动影响,隧道仰拱振速最小,左背爆侧次之,拱顶较大,迎爆侧最大。掌子面后方围岩及衬砌震动要比掌子面前方剧烈。故迎爆侧与拱顶的衬砌结构受力及围岩稳定性在施工中需重点监测。     

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。     

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。     

基于能量法的连拱隧道钻爆施工对围岩损伤影响分析

以采用无导洞钻爆法施工的云南省武定至易门高速公路三台坡连拱隧道工程为依托，针对爆破施工对无导洞连拱隧道围岩造成损伤的问题，利用能量衰减公式推导隧道围岩振动速度衰减公式；采用FLAC^3D软件计算分析实际工程围岩振动速度以验证理论推导公式的准确性，并计算分析在爆破荷载作用下连拱隧道围岩、中墙的振动速度和振动位移的变化规律。研究结果表明：振动速度的理论计算结果和数值模拟结果之间的相对误差较小，说明基于理论推导得到的隧道围岩振动速度计算公式是可靠的；爆破过程中产生的能量以地震波的形式向外传播，当地震波传至地表仍未完全衰减时，未完全衰减的能量将以反射波的形式继续衰减；爆破施工过程中围岩振动速度和振动位移最大值均位于距掌子面6 m的已开挖区隧道拱顶围岩处，未支护情况下隧道拱顶8 m范围的围岩振动速度大于63.5 cm·s^-1，围岩处于损伤的状态，因此在爆破施工过程中应对已开挖区围岩进行预加固。     

自由面与最小抵抗线对爆破振动的影响分析

为研究自由面与最小抵抗线对爆破振动的影响,以青岛地铁2号线延安路站右线TBM始发导洞近接建筑物爆破施工为背景,通过对地表爆破振动速度的同步监测,回归拟合导洞上台阶不同爆破区域的场地系数K和衰减系数α,进而得出自由面与最小抵抗线对爆破振动的影响规律,并据此对原爆破参数进行优化,取得了显著的经济技术效果。结果表明： 1）爆破振动受自由面与最小抵抗线共同影响; 2）上台阶不同爆破区域的场地系数K和衰减系数α不同,其中掏槽区域的K值和α值最大。     

软岩地层隧道支护体系受力特征研究

该文以客运专线贵广线三都隧道为依托,采用现场试验方法,研究贵州地区炭质板岩软弱地层隧道施工过程中围岩变形特性、围岩压力,以及支护结构受力特征。现场精细化描述三都隧道掌子面炭质板岩节理信息。研究结果表明:隧道拱顶下沉和水平收敛较大,提前施作二次衬砌可有效抑制大变形及其引起的坍塌。围岩压力以竖向为主,拱顶锚杆轴力最大,建议加长拱部锚杆长度,边墙锚杆参数不变。二次衬砌拱顶和拱脚衬砌处于大偏心抗裂力学状态,成为结构关键控制截面,建议加强拱顶内侧、墙脚外侧配筋,提高结构整体安全性。     

富水区城市公路隧道中隔壁法各开挖步力学特征研究

以深圳东部过境高速公路连接线工程为依托,基于应力场-渗流场耦合的数值模拟方法,研究富水区城市公路隧道中隔壁法各开挖步力学特征。结果表明:中隔壁法各开挖步骤的围岩主应力变化特征明显,隧道目标面围岩总体受压,在隧道两侧拱腰至拱脚处存在较为明显的压应力集中现象,而拱底及掌子面则出现少量拉应力集中;不同开挖步拱脚处初期支护应力最大,拱腰、拱肩和拱顶处应力量值较为接近,而拱底处应力最小;初期支护受力随隧道开挖进程变化幅度较小,初期支护具有一定的安全储备;各径向特征点水压力均呈现从注浆圈外侧至初期支护外侧逐渐减小的趋势,而各环向特征点水压力由拱顶至拱底逐渐增大;对于作用于初期支护上的水压力值,数值计算结果稍大于不考虑开挖影响的理论预测值,表明中隔壁法隧道施工各开挖步对衬砌背后水压力大小及分布规律有一定影响。