爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律研究

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用ANSYS/LS-DYNA建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明：在桥墩节段数目及爆心高度一定的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大；当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压；节段拼装桥墩反射超压的变化规律和整体式桥墩有明显差距；通过拟合得到了整体式和节段拼装桥墩不同比例距离处冲击波超压峰值沿桥墩高度分布的简化计算公式,可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。     

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。     

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。     

分岔隧道浅埋连拱段的爆破振动效应分析

分岔隧道洞口连拱段具有浅埋、受力结构复杂等特征。爆破开挖诱发的振动效应对围岩及受力结构产生破坏,直接影响隧道施工期和运营期的安全。为此,以六月田公路隧道工程浅埋分岔段为研究背景,采用现场振动监测和数值模拟手段,分析了后行隧道爆破地震波作用下覆盖层围岩、支护及受力结构的力学机制和破坏特征,得到了连拱段隧道中隔墙径向、切向和垂直向振动速度的衰减规律。在此基础上,建立了未开挖洞段长度与放大倍数的近似函数关系,通过曲线拟合方程得到了径向、垂直向和切向振动速度拟合公式,并揭示了爆破地震波的传播衰减规律。利用成洞区和未开挖区的相互关系,推导了成洞区振动速度的传播衰减公式。研究结果表明:先行隧道侧中隔墙的径向和切向振动速度较大,成洞区的爆破振动速度具有放大效应;后行隧道爆破产生的振动对中隔墙成洞段12 m至未开挖段8 m范围内的影响较大;采用曲线拟合方程得到了覆盖层厚度与振动速度的函数关系,基于Von Mises屈服准则确定了洞顶围岩的损伤范围;根据最大拉应力和最大振动速度之间的关系,得到了喷射混凝土纵轴线方向的拉裂破坏长度,确定了后行隧道喷射混凝土的爆破振动安全控制标准。该研究结论可为类似隧道工程的爆破开挖设计、施工提供参考借鉴。     

大跨度小净距隧道爆破振动监测与分析

结合沈海高速公路泉厦段大帽山隧道扩建工程,对大跨度小净距隧道中间岩柱在爆破振动作用下的振动响应进行相关监测,分析振动波在不同级别、不同位置围岩中的传播规律。研究结果表明,隧道中间岩柱振动速度随着围岩质量提高,差别逐渐减小,且拱腰及拱肩部位振动速度大于拱脚部位;最大振动速度出现在迎爆侧边墙测点的径向方向;当隧道净距为6m左右时,爆破振动对中间岩柱的影响范围为爆破面前后10~20m,且随围岩质量提高,影响范围相应减小;同时,宜严格控制爆破总药量和单段最大药量,且分段爆破时,爆破段时差应不小于75ms。     

隧道掏槽爆破中起爆点位置对爆炸能量传输的影响作用及其比选研究

为比较评价起爆点位置对隧道掏槽爆破效果的影响，分别基于一维等熵流爆轰理论和柱状药包爆炸应力场叠加模型，分析了柱状药包爆轰波传播的方向效应和时间效应，揭示了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用机理；通过单孔爆破现场试验，对比分析了正向起爆、反向起爆和中点起爆等传统起爆方式下孔口岩体的破裂形态及地表爆破振动峰值，佐证了起爆位置对爆炸能量传输的影响作用规律；依次建立了普通单孔爆破和隧道掏槽爆破数值模型，模拟计算了正向起爆、反向起爆和中点起爆3种传统起爆方式下的炸药爆轰加载特征与爆破损伤演化规律，评价了传统起爆方式下掏槽爆破效果的优劣，并探讨了掏槽孔起爆方式的改进方案。研究结果表明：起爆位置的影响作用机理源于柱状药包爆轰波传播的方向效应和爆炸应力场叠加的时间效应，柱状药包起爆后爆轰产物和爆炸能量偏向于爆轰波传播的正向传输，其应力场也在爆轰波传播的正向叠加增强；试验结果显示，反向起爆时孔口岩体破裂与鼓包痕迹最为显著，中点起爆次之，而正向起爆最小；传统的反向起爆、正向起爆和中点起爆均有各自的利弊，反向起爆利于形成爆破漏斗，但易于造成根底，限制了掏槽爆破进尺，正向起爆虽有助于孔底岩体破碎，但容易在孔口形成大块，岩体抛掷效果也较差，中点起爆可兼顾孔口与孔底岩体的破碎，但孔中部岩体的破碎不充分，为此尝试提出了一种基于邻孔反向传爆的混合起爆方式，其结合了传统起爆方式的优点，且增强了邻孔之间的拉伸和剪切效应，岩体破碎较为均匀。     

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。     

双孔隧道中后掘进盾构对地表沉降的影响

受地下空间限制,城市地铁双线隧道间净距较小,后掘进盾构隧道施工将引发地层二次扰动,导致额外地层变形,对临近构筑物安全威胁尤甚。当前研究主要基于地表横向沉降曲线研究双线隧道掘进引起地表的沉降规律和地层扰动特点,但地表横向沉降曲线不能全面反映前、后掘进盾构隧道施工引起的地表沉降发展过程及规律。以杭州地铁某区间双线盾构隧道地表沉降长期监测数据为依托,采用地表沉降时程曲线和地表横向沉降曲线相结合的方法,分析双线盾构隧道前、后掘进引起的地表沉降规律。研究表明,后掘进隧道引起的土体损失率在0.6%～0.8%之间,地表最大沉降量在15.2～20.7 mm之间,均大于先行隧道引起的土体损失率和地表最大沉降量;由于后掘进盾构对地层的二次扰动,导致最终地表沉降槽曲线并不严格关于双线隧道轴线中点对称分布,地表沉降最大值略微偏向后掘进隧道轴线。通过地表沉降时程曲线发现,先行盾构通过监测断面后,地表沉降迅速发展,主要沉降范围在隧道轴线6 m范围内;由于先行盾构隧道掘进扰动,在后掘进盾构到达前2天(约3倍盾构直径距离)地表开始发生明显的沉降;在后掘进盾构施工影响下,所引起其轴线处地表沉降量大于先行掘进盾构所对应的轴线处沉降值。     

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。     

浅埋小净距大断面扩挖隧道爆破方案设计与爆破振动监测

以重庆机场路渝州隧道扩挖工程为研究对象,通过在隧道施工爆破过程中对邻近隧道、地表房屋等建筑物进行振动监测,应用萨道夫斯基经验公式对现场监测数据进行回归分析,确定爆破应力波在泥岩、砂岩中的传播衰减规律,进而控制不同目标、不同间距情况下每次最大起爆药量,以指导后续施工,保证邻近隧道、房屋等建筑物振动速度控制在安全范围内。     

软弱围岩中连拱隧道爆破震动测试分析

结合闲林隧道爆破施工,对软弱围岩中连拱隧道爆破震动进行监测,分析了震动波在软弱围岩和支护结构中的传播及分布规律.研究表明,爆破最大振速一般出现在第一个峰值上;爆破震动对爆破面前后10 m范围内的中隔墙影响较大,随着距离的增大,震动波衰减明显;建议软弱围岩中连拱隧道开挖最大装药量控制在8 kg以内.研究结论可为类似条件下连拱隧道的爆破施工参数设计和现场监测提供借鉴与参考.     

大跨隧道下穿既有高速公路的爆破减震技术研究

以贵广铁路斗篷山隧道为依托工程,通过对爆破振动监测结果的回归分析,确定合理爆破振动速度。并结合该隧道爆破开挖施工,从爆破药量、掏槽形式、爆破参数、起爆顺序、地质条件和传播距离等方面提出隧道爆破施工振动控制技术。研究结果表明,公路内振速以垂直振速为主,隧道开挖采用预裂爆破,周边眼采用密集钻孔,少装药,先于掌子面的其他炮孔起爆,可显著降低爆破振动对周围结构物的不利影响。     

瓦斯爆炸隧道内冲击波特征及衬砌损伤机制数值研究

为探究隧道瓦斯爆炸致灾机制,以成都洛带古镇隧道瓦斯爆炸为工程背景,基于等效爆能理论对隧道内积聚瓦斯进行量化研究,采用LS-DYNA中ALE技术建立与隧道几何结构一致的流固耦合数值模型,以RHT模型模拟衬砌并修正关键参数,研究隧道内冲击波特征并与经验解析式计算结果对比,同时将衬砌损伤特征的数值模拟结果与现场调研情况进行对比。结果表明： 1)流固耦合模型可以再现隧道内的爆炸过程; 2)受衬砌约束,爆炸冲击波在隧道内发生反复、无规则反射,致使其强度剧增、衰减缓慢且流场复杂,曲边墙脚处的反射效应最强; 3)爆心距5 m范围内的衬砌在冲击波剧烈冲压作用下完全破坏,5~10 m的衬砌在较高压、拉应力共同作用下严重受损,10 m外的衬砌主要在较高拉应力下形成损伤裂缝。经对比,衬砌损伤的数值模拟结果与现场情况基本一致。     

地铁隧道节能环保水压爆破施工技术

为了解决常规爆破施工炸药利用率低、隧道内有害气体含量大、粉尘浓度大等问题,对重庆轨道交通五号线5107标石桥铺站-石新路站区间采用水压爆破施工技术的方法进行论述。水压爆破是利用水的不可压缩性质,能量传播损失小,炸药爆炸冲击波瞬间通过水传播到容器壁使其位移,并产生反射作用形成二次加载,加剧炮眼壁的破坏,遂使其均匀解体破碎。结合现场振速监测、洞内气体检测数据、通风时间统计,得出： 1)水压爆破施工在节能环保方面有着“两改善、一明显”的作用,主要表现在改善炸药利用率、改善隧道有害气体含量,炮眼中水的雾化作用能明显减少粉尘和强制通风时间; 2)通过对比常规爆破和水压爆破的费用,水压爆破有节约成本、控制超欠挖等优点。     

兴延高速浇花峪隧道爆破振动测试分析研究

为研究施工过程中隧道初期支护衬砌在爆破作用下的振动规律,基于兴延高速公路浇花峪隧道上台阶爆破工程,在距离掌子面38 m处开始设置传感器,并在拱顶、拱腰和边墙处分别安装1个传感器,监测掌子面推进过程中隧道衬砌的爆破振动速度。利用萨道夫斯基公式的非线性回归分析方法对振速的3个分量进行分析,得出： 1）拱顶振速大于拱腰振速,且均大于边墙振速; 2）拱顶振速的垂直方向、水平径向和水平切向分量拟合出的爆破衰减系数K、α均大于其他测试位置相应方向分量拟合出的K、α,且垂直方向的振速最大。对拱顶、拱腰和边墙3个位置处的主频进行回归分析,由回归得到的K值发现,隧道不同位置处的振动主频存在的关系为： f拱顶＞f边墙＞f拱腰。通过小波能量分析可知,拱腰处的频率成分相对较丰富且频带宽度较大,拱腰和边墙处的低频成分能量占比远高于拱顶,且拱腰处的低频能量最高。     

地基爆破对下伏隧道影响的数值模拟分析

以福州某隧道工程为背景，运用Midas有限元软件模拟地基爆破对下伏既有隧道的影响，从二衬爆破振动速度、内力、最大主应力等角度分析其影响，并对其安全性进行了验算。研究结果表明:地基爆破引起下伏隧道振动速度最大值位于拱顶处，有向四周逐渐减小的趋势；隧道二衬截面混凝土最大主应力和安全系数最小值均位于车行横洞与右洞相交界处。     

光面爆破径向不耦合系数优化研究

隧道爆破施工时,径向不耦合系数是一个重要的参数,它直接影响爆破质量的好坏。为获得最优径向不耦合系数,基于武汉地铁二号线工程实例,运用ANSYS数值分析软件,建立了径向不耦合系数K为0、1.3、2.1时的三维模型。通过比较分析关键部位的应力值大小及分布规律,验证了经典爆破理论,得出了最优径向不耦合系数为1.3~2.1。     

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...     

基于萨道夫斯基公式分段拟合的烧锅隧道爆破振动预测研究

针对承德烧锅隧道掘进过程中地表实测爆破振动与爆破安全规程中建议的萨道夫斯基公式预测的峰值速度有较大偏差的问题进行研究。通过监测数据拟合隧道底板的振动波传播衰减规律,考虑微差爆破中冲击能转化为弹性振动能时发生折减,采用应力过渡系数k表征单段爆破的爆破应力对隧道弹性区围岩体的作用程度;通过BP神经网络反演出满足现场监测数据的应力过渡系数;建立FLAC3D模型,以应力过渡系数修正模型边界条件,分段模拟各个爆破区段内的地表振动场,用萨道夫斯基公式做回归拟合,给出各个爆破区段内K、α参数工程指导值。对比实测数据其误差在10%以内,为准确预测爆破影响范围内地表建、构筑物的爆破振速提供了可靠依据,保障了烧锅隧道施工的顺利进行,并为其他爆破工程爆破振动预测提供了新的方法。     

岩溶隧道爆破安全振速的数值模拟研究

对岩溶隧道采用钻爆法开挖施工,溶洞的存在对隧道爆破安全有直接影响。笔者以白须公1#隧道溶洞段爆破开挖为背景,采用MIDAS/GTS软件数值模拟了岩溶隧道爆破开挖对溶洞围岩的影响,利用国际上常用的衰减公式对溶洞围岩质点振动速度进行了拟合,分析爆破地震波在围岩中的衰减规律。对比溶洞附近隧道上台阶全断面开挖爆破地震波的传播规律和临空面的夹制作用对地震波传播的影响,探讨岩溶隧道爆破溶洞围岩质点安全振动速度。