特大断面隧道爆破开挖对既有隧道振动影响分析

在分析国内外爆破振动理论的基础上阐述要根据具体的工况,有针对性地引入振动速度、振动时间等多种参数进行分析,且以兰渝线关子岭特大断面隧道爆破为依托,应用数值分析方法,模拟特大断面隧道爆破振动对周边建筑物的影响。研究结果表明：既有隧道仰拱迎爆侧附近应力最大;随着时间的推移,上部既有隧道最大拉应力依次出现在迎爆侧仰拱、拱脚、拱顶及背爆墙等位置,并且其强度经历由弱变强,又由强变弱后逐渐减小消失。根据分析结果提出在特大断面爆破施工中应采取的一系列减振施工技术措施,希望为以后遇到类似特大断面爆破施工提供参考。     

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.     

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。     

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。     

隧道爆破对不同埋深的埋地管道动力响应研究

以西成客专仙女岩隧道出口段爆破作业为背景，运用LS-DYNA建立有限元模型，模拟埋地管道在爆破振动下的动力响应，并与地表测点测得振动数据进行比对。研究结果表明:正对爆心的埋地管道背面会产生轴向拉应力；随着管道埋深增加，管道的动当量应力增加，管道破坏风险提升，但是叠加当量应力依旧小于允许应力437.3 MPa；管道振速随着埋深增加而增大，相反地表峰值振速减小、从9.55 cm/s减小到7.02 cm/s。     

隧洞洞口开挖爆破振动监测与减振技术

基于南水北调中线应急供水工程(北京段)西甘池隧洞洞口段爆破开挖的工程实践,根据爆破振动的监测数据,分析了洞口段的爆破振动特征,回归分析出隧洞洞口段地面质点振动速度的变化规律,提出了控制最大单响药量、采用毫秒延期爆破技术、不耦合装药等减振措施,有效地控制了爆破振动对周边建筑物的影响。     

基于钻爆法下的爆破振动对围岩稳定性的数值模拟研究

为研究爆破开挖对隧道周边围岩稳定性的影响,先采用理论计算的方法得出影响隧道拱顶围岩的临界振动速度,后借助ANSYS—DYNA数值模拟软件对10m跨度的隧道爆破模型进行计算分析,从而得出结论。结果表明,洞室跨度为10m的隧道,其拱顶临界爆破振动速度理论计算值为8.51cm/s;根据反复替换模型的集中药包药量,满足围岩临界振动速度的最大爆破炸药量为14.62kg。     

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。     

成渝客专新中梁山隧道上穿施工对既有襄渝铁路中梁山隧道的影响分析

成渝客专新建中梁山隧道上穿既有襄渝铁路中梁山隧道,两者最短垂直距离仅2.9 m,为保证上穿隧道与既有隧道的施工运营安全,采用数值模拟和现场测试进行研究。研究结果表明： 既有隧道在新建上穿隧道开挖后整体呈上移趋势,最大垂直位移在拱顶处,达到7.10 mm,最大水平位移在起拱线位置,为1.73 mm,最大拉应力出现在起拱线内侧,最大压应力出现在拱顶内侧;提出既有隧道加固措施,并根据计算结果布设拱顶位移测点和水平收敛测线;监测结果的垂直位移基本一致、水平位移略小于计算值,但两者规律性趋于一致;证明了研究方法的可行性和正确性。     

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。     

高海拔特长隧道斜井上联络风道不同开挖方式对比分析

基于国道G109线那曲至拉萨段控制性工程中的羊八井2号隧道工程实例,运用有限元分析方法对上跨联络风道的全断面法及上下台阶法开挖过程进行数值模拟,分析在上跨联络道开挖过程中隧道围岩及下方主隧道支护体系变形和应力的响应规律,并对比分析了两种开挖方式对主隧道的影响。结果表明：在上跨联络风道开挖过程中,特别是靠近上下两隧道交叉的部分,对主隧道变形和受力影响较大;采用上下台阶法时比采用全断面法开挖时变形可减少32%,主隧道拱顶处拉应力可减少35%,主隧道拱脚处压应力可减少72%,同时采用上下台阶法施工时也可缩小对主隧道的影响范围;上下台阶法更能保证工程的安全,避免对下方主隧道产生过大的扰动。     

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。     

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。     

过水隧洞近接公路隧道开挖的安全性分析

为了评价过水隧洞在近接公路隧道开挖作用下结构的安全性,采用MIDAS GTS有限元软件,对上穿公路隧道开挖对过水隧洞结构安全性的影响进行数值模拟,分析上方公路隧道开挖前后过水隧洞的变形和应力状态。结果表明:过水隧洞结构应力及变形增加显著;为保证其结构的安全性,在实际施工中需要加强上方公路隧道衬砌支护并加固过水隧洞。     

斜交型立体交叉隧道的地震动力响应研究

为探究立体交叉隧道在地震荷载作用下的动力响应并对立体交叉隧道的抗震设计提供理论参考,通过大型振动台试验,分别研究加载X单向及XZ双向El-Centro波时,斜交型立体交叉隧道的上跨和下穿隧道及交叉区段坡体内部加速度峰值的分布规律。试验结果表明:1)上跨及下穿隧道拱顶加速度峰值在交叉段中心断面处最大,影响区段两侧断面较小,呈现出"抛物线"分布,表明拱顶易成为立体交叉隧道抗震的薄弱环节; 2)由于下穿隧道及空间效应的存在,导致上跨隧道交叉断面仰拱处的地震响应较拱顶而言明显减弱,同时下穿隧道仰拱交叉段中心断面处动力响应最小,即仰拱破坏模式表现为影响区段两侧断面—交叉段中心断面的传递演化形式; 3)坡体内部交叉中心段的加速度响应存在叠加效应,导致该点的地震响应最为强烈,且其余测点的加速度放大系数随着埋深的增大而逐渐减小; 4)在加载XZ双向地震波时,其同一测点的动力响应相较于只加载X单向时显著增长,且在高地震烈度(0.4g～0.6g)时这种增长现象的变化幅度较大;此外,地震波加载方向的改变对立体交叉隧道仰拱处的地震响应产生不同影响。     

铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究

通过建立不同交叉角度、净距和围岩条件的实验工况,对交叉段新建隧道施工爆破地震波引起的既有隧道衬砌的峰值速度进行分析,探讨了不同因素作用下立体交叉隧道施工爆破的动力响应.研究结果表明：处于迎爆侧的拱底和墙脚之间区域影响最为显著;除净距是上下交叉隧道最显著的影响因素外,随着交叉角度的增加,拱底速度峰值呈增大趋势,并且增长率逐渐加快;岩体坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢,爆破地震波在传到既有隧道之前,出现峰值回升.     

连拱隧道下穿既有建筑物爆破分析研究

参考工程实际应用,基于某地区高速公路连拱隧道为实例对象,利用有限元软件ANSYS建立连拱隧道的数值模型,对爆破波在围岩传输中的性质、爆破药量、多种施工条件下的连拱隧道爆破震动效益进行了分析研究。研究结果表明:地震波在均匀围岩介质模型中的质点震动速度与距离爆破源距离成反比;随着单段起爆孔数量增加,围岩质点的震动速度大幅度增加。当两段微差时间爆破法时,爆破微差时间为100 ms较微差时间为50 ms引起的节点爆破峰值震动速度要低;在连拱隧道爆破施工中,采用左洞爆破时,右洞拱顶和拱肩位置径向震动速度最大,成为爆破震动危险点,就地面建筑物震动安全角度分析,采取左洞先行的施工方案较右洞先行安全性更高。     

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。     

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。     

构造应力场中层状围岩隧道动力响应数值分析

层状岩层的横观各向同性使得振动波在岩层中沿着不同方向传播时,质点的振动特性有着一定的差异。以我国西南地区某高海拔山区单向公路隧道的全断面爆破掘进为研究背景,利用FLAC 3D软件对构造应力场中均质围岩及倾角不同的层状围岩在隧道爆破开挖过程中的变形、振动速度进行研究。研究结果表明,隧道开挖爆破后,洞周岩体变形不对称式分布,左、右拱腰部位变形最大,均质围岩洞周各部位变形在5种模型中相对较小;爆源距相同时,层状围岩左、右测点的x向振动速度均大于上、下测点的z向振动速度;断层破碎带、层理结构面对于振动波的传播既有消振又有聚振的作用,与断层破碎带和层理结构面的产状、空间关系及振动波相对结构面入射角度有关。