裂隙岩体隧道爆破设计方法及应用

钻爆法开挖是隧道工程开挖的重要方法之一,且天然岩体中赋存大量节理裂隙,会对隧道爆破质量产生严重的影响,目前隧道爆破设计方法仍以经验法为主,且缺乏对节理裂隙的考虑。本文通过使用新型地质扫描仪进行裂隙确定并研究了裂隙岩体隧道爆破设计方法,包括炮孔布置、装药量计算、起爆方式选择等方面,并以华家山隧道DK142+201.3上台阶为试验断面进行现场应用,验证了设计方法的可行性和有效性。现场测试结果表明,本文提出的裂隙岩体隧道爆破设计方法可以提高爆破效果,降低爆破对周围环境的影响,为类似工程提供参考。     

不同掏槽孔角度下节理岩体隧道爆破效果研究

为探明节理岩体隧道中掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,以节理裂隙发育严重的下寮隧道为工程依托,理论分析掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,并列举选用掏槽孔角度常见的两种方法,最后结合数值模拟软件对掏槽孔角度分别为60°与70°的两种隧道模型进行数值仿真计算,量化分析两种模型的损伤面积与峰值有效应力,并基于结果选用合适的掏槽孔角度。结果表明：节理裂隙的存在会改变应力波的传播方向和能量分布,影响爆破效果;在Ⅴ级围岩中,70°的掏槽孔平均峰值有效应力是60°的1.36倍,爆破损伤范围比60°大且分布连续,选用70°的掏槽孔有利于提高隧道掘进效率。     

椭圆双极线性聚能爆破成缝机理及结构优化研究

为了对椭圆双极性聚能爆破结构进行优化,采取理论分析和数值模拟的办法,分别在不同的外壳厚度(0.15,0.2和0.25 cm)和药型罩厚度(0.1,0.15和0.2 cm)以及炮孔直径影响下,开展岩体单孔爆破过程的数值模拟,研究爆生裂纹的萌生-开展-稳定的整个过程的演化规律.最后通过裂纹的开展分析椭圆双极性聚能药包聚能爆破的作用机理.研究结果表明:当外壳厚度取0.2 cm,药型罩厚度为0.15 cm时,椭圆双极性聚能药包聚能结构对于周围孔壁的爆破效果最好,形成的压碎槽呈现均匀稳定的锥形,极大的促进了聚能方向裂纹的扩展;当外壳厚度达到0.25 cm后,聚能方向聚集能量过大,形成的压碎槽呈方杵性,并不利于爆生气体进一步对聚能方向的裂纹产生张拉作用;当炮孔直径为42 mm,产生径向裂纹最长,聚能效果最佳.     

光面爆破技术在渝怀铁路桐子岭隧道施工中的应用

光面爆破是周边炮眼起爆后 ,首先沿各孔的中心连线形成贯通裂隙 ,然后在爆炸气体的作用下 ,使裂解的岩体向洞内抛散。光面爆破就是通过对隧道周边开挖轮廓的准确凿岩 ,达到减少超欠挖 ,减少对围岩的扰动     

硅质板岩顺层边坡的水压预裂爆破施工技术

广西资兴高速某段路基边坡构造复杂,为节理面发育的硅质板岩顺层边坡,其岩体坚硬难以破碎,但中间又存在软弱夹层,在爆破施工过程中易发生大面积滑坡。现实施工中,通过控制炮孔连线与节理面之间的夹角进行预裂爆破,在开挖轮廓线之前形成一个爆破损伤区,再用水压爆破的方式进行开挖。该爆破技术安全性更高且节约了作业成本,带来了良好的经济效益,可以给其他类似工程提供借鉴。     

金牛山隧道下穿高速公路爆破振动研究

以新建铁路三标段的金牛山隧道下穿高速公路施工中的爆破控制为背景,采用UDEC数值模拟方法研究爆破施工对既有结构物的影响规律。结合施工现场地表振动监测,模拟计算结果与实际监测数据基本一致,验证了UDEC模拟浅埋隧道爆破荷载作用下地表振动规律的有效性和正确性。模拟表明,在围岩条件、节理性质、爆破荷载均不改变的情况下,节理方向对最大振速影响明显,当节理方向为30°～70°时,爆破减振效果最好。同时,根据垂直振动速度和水平振动速度随爆源距离的衰减规律,提出了针对本工程的监测方案,对金牛山隧道成功下穿高速公路提供了有效指导。     

基于最佳减震原则的新建隧道对既有隧道微差间隔研究

依托新建嘎拉山公路隧道钻爆法施工,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立新建隧道采用微差爆破的三维数值模型,模拟3段炸药不同间隔时间延时起爆引起既有隧道的动力响应,得到不同时间间隔微差爆破引起既有隧道二次衬砌质点最大振速点的振速时程曲线。计算结果表明:当新建隧道爆破的总药量分成等间隔时间的三段起爆,使不同段别炸药的作用在时间上和空间上错开,创造新的自由面,能够起到减震和良好的破岩效果。最大振速点发生在既有隧道迎爆侧拱墙上,随着微差间隔变大,既有隧道二次衬砌上振速峰值的发生时间延后。当总装药量相同时,微差爆破与瞬时起爆相比能够有效降低爆破振动对既有隧道的影响,且不同间隔时间下的减震效果有所差异。总药量分三段间隔起爆与瞬时起爆相比,振速峰值减小幅度达到63.1%。当起爆间隔大于20 ms后,每段炸药爆破对既有隧道的影响作用独立开来,振速峰值逐渐收敛于单个药包爆破引起的振速峰值。     

节理倾角及组数对铁路隧道围岩稳定性的影响

我国西南地区崇山峻岭、地质构造条件复杂多变,岩体内部节理、片理、层理发育。隧道穿越节理发育围岩时,极易引发围岩大变形、掌子面失稳坍塌、钢架变形扭曲、初支掉块和二次衬砌开裂等工程灾害。为了分析节理对隧道围岩稳定性的影响规律,依托玉磨铁路西双版纳隧道,利用ABAQUS建立计算分析模型,得到不同节理条件下围岩塑性破坏特征。(1)节理对称分布时,节理屈服、围岩塑性应变呈现出对称分布于拱部、两侧拱肩和仰拱两侧区域的特点。(2)节理倾角较陡时,岩体性质是影响主控因素;节理倾角较平缓时,围岩发生沿节理面的剪切滑移破坏,节理是围岩整体发生塑性破坏的主控因素;当节理倾角为60°或120°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.197。(3)当节理倾角为90°时,围岩及节理屈服区域主要沿着节理方向垂向分布,且影响范围深入地层中。(4)2组节理条件下造成围岩塑性破坏的主要原因是节理面的塑性屈服;当节理倾角组合为60°+90°时,围岩的塑性应变最大,最大塑性应变为0.521。     

聚能水压光面爆破在隧道掘进中的实用技术

为了解决隧道掘进超挖和超耗严重的问题，杭温铁路3标项目隧道施工创新采用了聚能水压爆破技术。实施过程中，根据聚能水压爆破技术原理，对炮孔布置及钻孔、炮孔装药及起爆连线等关键步骤进行了技术研究和创新，通过现场应用实践，取得了显著的效果，对类似工程具有一定的参考价值。     

微风化花岗岩隧道围岩损伤破裂特征及爆破工艺研究

为解决微风化花岗岩的钻爆开挖问题,以漳武线新村隧道为研究对象,运用室内试验的方法,测试了爆破前后微风化花岗岩试样的超声波速度变化,分析了爆炸作用下围岩损伤破裂特征,并在此基础上进行了爆破工艺研究。结果表明：爆破产生的大量能量释放,使得岩体内部产生了损伤、裂纹和破碎,爆破后试样的超声波纵波初至时间明显增加,声波速度明显下降,初至后波幅振动频率明显增加;损伤因子曲线随着中心距离的增加呈“S”型单调递减函数变化,按照损伤因子的衰减速度,损伤区域可以划分为爆炸粉碎和破裂区、爆炸损伤扰动区、爆炸微扰动区;采用周边孔长短炮孔组合的爆破方式可以有效降低爆破冲击对围岩的损伤,其损伤范围约为超炮孔工况的0.5倍,有效保持了围岩完整性和整体性。     

非共面组合节理剪切破坏特征研究

为探究非共面组合节理在剪切荷载作用下的破坏规律,利用室内试验和数值计算的方法建立不同夹角的组合节理试样和数值模型,并进行相同荷载和剪切速率的测试。以试验和数值相结合的方法,对不同夹角的节理剪切结果、剪切应力曲线和微裂隙进行对比分析。同时对微裂隙产生过程、不同试样的组合节理夹角与其峰值和残余剪应力的关系分别进行分析。研究结果表明:相邻组合节理的贯通方式与组合节理的夹角有关,当夹角小于或等于90°时,相邻组合节理的贯通遵循就近原则;当夹角大于90°时,贯通裂纹右侧终端由组合节理交叉点向下移动并最终到达下部尖端;随着夹角的增大,产生微裂隙的破坏方式由剪切破坏为主逐渐转为由拉剪破坏为主,并且,对于夹角较大的组合节理贯通之后,会产生以张拉破坏为主的次生裂纹;剪应力曲线的峰值与残余值呈负相关,峰值剪应力与组合节理夹角呈正相关而残余应力与之呈负相关。     

敏感环境下地下工程钻爆法施工地震动效应及其控制方法实例研究

敏感环境下地下工程钻爆法施工产生的地震动效应是影响周边建筑物安全运营以及制约新建工程建设的关键因素.以某钻爆法施工地铁车站为例,建立瞬态动力三维有限元模型,针对影响爆破地震动效应的最大段起爆药量、起爆间隔、减震孔设置等因素开展多工况参数分析,探明不同因素影响下目标点处的地震动响应规律,进而结合周边建筑物爆破地震动控制标准提出控制爆破设计方案,并开展现场测试验证所提出方案的可行性.研究结果表明:在降低爆破对既有建筑物影响方面,控制措施的效果显著性程度由高至低依次为控制爆源与建筑物的距离、控制单次起爆药量、设置大减震孔和增大起爆间隔;提出的控制爆破方案能够满足依托工程敏感环境的地震动控制要求,实测结果与计算结果吻合良好.     

全风化岩石隧道洞口段施工过程的三维数值模拟

某隧道洞口段岩性为全风化石英片岩夹变粒岩,节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,易坍塌。针对该隧道洞口段的具体地质条件,对隧道支护设计参数及施工方法进行三维数值模拟,分析开挖过程中围岩及支护结构的变形和受力特征,为隧道安全施工提供科学依据。     

青岛地铁隧道爆破开挖振动控制研究

研究目的:以青岛地铁3号线试验段工程为背景,通过对隧道掘进向地表振动速度检测试验,得到浅埋隧道开挖爆破不同作用类型炮孔引起的地表振动特性及其衰减规律,并在不降低循环进尺的前提下,提出有效的降振措施。研究结论:开挖掌子面上不同的炮孔爆破类型其衰减规律有所不同,随着爆破起爆段别的增加,衰减公式中的K值逐渐递减,α基本保持不变;根据K、α值的变化规律和影响因素,采取了增加中心孔优化掏槽方案、调整起爆顺序、减轻爆破夹制作用的措施,爆破振动降低到1.5 cm/s以下。     

浅埋偏压软岩隧道施工技术研究

新寨隧道位于西秦岭褶皱系中,节理裂隙发育,岩体破碎,围岩主要以志留系碳质千枚岩为主。进口段位于滑坡左侧边缘,洞门左侧发育冲沟一条,最小埋深13～18 m,在此偏压、浅埋、软弱围岩的条件下施工难度大,特别是进洞施工安全风险高。以在建新寨隧道施工为依托,介绍了该隧道的施工方案及施工技术措施,总结得出一些处理类似问题的经验。     

中低应变加载速率下单节理裂隙岩体的单轴动态压缩力学性能试验

对人工制作的节理岩体试件进行了中低应变加载速率下的单轴压缩试验,研究了应变速率和节理面的倾角β对节理岩体的极限抗压强度、峰值应变、弹性模量和损伤变量的影响。研究结果表明:(1)当加载的应变速率相同时,当节理面的倾角β由0°增加到90°,试件的抗压强度呈逐渐减小后又逐渐增加的趋势,试件的峰值应变均呈先减小后略有增加的变化规律,试件的弹性模量整体出现逐渐增加的变化规律。(2)当试件的节理面倾角相同时,随着应变加载速率逐渐增加,试件的抗压强度呈逐渐增加的趋势,当β为60°时,试件的抗压强度对应变率敏感性最强,试件的峰值应变和弹性模量随应变加载速率的变化并没有固定明显的变化规律。(3)当应变加载速率相同且应变相同时,随着节理面的倾角由0°增加到90°,损伤变量基本都呈先逐渐增加后减小的趋势,当节理面的倾角为60°时的损伤变量最高,当节理面倾角为90°时的损伤变量最小;当试件的节理面倾角相同,应变加载速率逐渐增加时,损伤变量基本呈逐渐增加的趋势。     

铁路标准断面隧道节理倾角效应研究

以郑万铁路黄家沟隧道标准断面为研究对象,对不同产状岩质隧道进行稳定性分析,研究围岩力学响应、变形特性以及锚杆力学特征,阐明不同于传统松散介质的层状岩质隧道失稳模式及锚杆支护要点。结果表明:节理面极大削弱了岩体稳定性,开挖会引起沿层理面滑动,导致明显地质偏压。隧道开挖使得层间节理首先被破坏,节理离层区不是发生在最大主应力方向上,而是发生在节理垂直方向。水平层状或倾角较小时,顶部和仰拱节理之间产生离层区,易引起岩层弯折破坏;随着倾角增大,顺弱势节理面滑动趋势增大,破坏主要取决于节理面强度和层状节理之间滑移;当倾角为75°～90°时,破坏主要为边墙岩块弯曲压溃;竖向节理时,中间垂直土体挟持作用减弱,易剪切破坏失稳引起冒顶坍方趋势。从群锚效应来看,锚杆与滑移面夹角大于23°时,锚杆支护效果发挥较为明显的效果。     

非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构动力变形分析

为探讨非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构的变形机制，基于随机地震动理论，生成能体现长大隧道行波效应和衰减效应等局部地场效应的地震加速度时程曲线；通过建立不同的不利地质结构形式的多方案隧道有限元计算模型，采用仰拱分区域垂直入射地震波的方式，分析不同倾角、厚度以及岩体等级的破碎带对隧道衬砌轴向和横向变形的影响，揭示非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形特征。结果表明：非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形具有明显的空间非一致性；沿隧道轴向方向，破碎带的存在限制了衬砌轴向拉压变形，但加剧了衬砌的轴向剪切变形，当破碎带与隧道夹角为45°时衬砌的轴向拉压和剪切变形最大，而衬砌整体轴向变形受破碎带厚度和岩体等级的影响较小；沿隧道横断面方向，衬砌纵向剪切变形主要集中于拱腰位置，而径向剪切变形集中于拱顶和仰拱位置，衬砌的最大纵向和径向剪切变形均出现在破碎带倾角为45°时，且当破碎带厚度过大时，衬砌横断面的剪切变形也较大，但不同岩体等级对衬砌横断面的剪切变形影响不大。     

隧道通过浅埋段施工方案研究及施工安全措施

山地、丘陵地区,岩体较破碎,部分地段构造、节理裂隙发育,隧道施工过程中,易造成穿越浅埋段位置坍塌冒顶,施工风险较高。结合武黄城际铁路沙窝隧道工程实例,对隧道通过浅埋段分别采用明挖及暗过两种施工方案进行对比研究,从施工方案、投资、安全风险等方面论证了两种方案的优缺点。最终确定了暗挖施工方案,介绍了暗挖施工安全措施。     

隧道爆破振动控制技术研究

研究目的:复杂环境下浅埋隧道钻爆施工的爆破振动问题最为敏感,工程实践中需要既能实现快速掘进又能降低敏感区段爆破振动的爆破技术。研究结论:结合开元寺隧道和杭州引水隧洞钻爆掘进中的爆破振动测试和分析,发现这两个埋深25 m左右的隧道掘进中,掏槽爆破产生的地表振动最为强烈。试验证明采用多级复式楔形掏槽可以有效降低爆破振动,同时利用高精度延时雷管或数码电子雷管调整掏槽爆破起爆时差,可以实现振动波错峰减振,并能改善掏槽效果,提高炮孔利用率。爆破试验过程中配合爆破振动监测,不断调整和优化掏槽爆破方案,最终顺利通过隧道浅埋振动敏感区,而且平均单炮进尺在3 m左右,地表爆破振动控制在1.5～2.5 cm/s。达到保证安全的前提下实现快速钻爆施工。