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。     

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。     

城市硬岩隧道减振爆破直眼掏槽技术应用及实践

在城市隧道掘进爆破施工中,掏槽方式的选择,不仅影响掘进速度,同时也影响爆破振动效果。为将青岛地铁一期工程3号线3标段下穿建筑物时爆破振动影响程度降到最低,选取该标段下穿济南军区第一疗养院口腔科医院段作为试验区段,对小直径单中空直孔掏槽、大直径单中空直孔掏槽和大直径双中空直孔掏槽3种掏槽形式的掘进进尺、炮眼利用率和爆破时掌子面正上方地表质点振动速度峰值进行数据统计分析。从中得到以下结论:1)同等条件下,大直径单中空直孔掏槽在炮眼利用率、减振效果方面优于其他2种掏槽形式,采用该掏槽形式,顺利通过了试验区段的施工,且振动速度控制在2 cm/s内;2)直眼掏槽掘进及减振效果与装药眼距中空孔边沿距离l与中空孔孔径ф的比值相关。     

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。     

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。     

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。     

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。     

特大断面硬岩隧道爆破开挖技术研究——以丰宁隧道Ⅱ级围岩段为例

为验证特大断面硬岩隧道爆破空孔布置形式及爆破参数选取的合理性,并解决现场试爆造成的危险系数增加和费用增高等问题。对丰宁隧道Ⅱ级围岩段采用ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件,模拟了中间空孔和四周空孔2种布置形式的直眼掏槽方案,分析爆破应力波传播规律及岩石破坏情况,确定前者为优选方案;利用光面爆破技术,确定周边眼合理参数;结合现场观测数据,评价爆破效果。证明"中间空孔布置的直眼掏槽+合理的爆破参数"设计是合理的,且数值模拟技术可有效降低成本,其研究成果可为类似工程提供参考。     

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。     

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。     

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.     

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。     

上跨既有线的铁路隧道爆破施工振动测试与拟合分析

以厦门新建刘塘隧道为工程背景,介绍了机械-钻爆混合开挖方法在隧道近接施工中的应用;进而通过现场爆破振动测试,探讨赋存内侧临空面条件下,爆破振速的典型时程曲线和最大振速的衰减规律。以萨道夫公式为理论基础,分别对近场测区和远场测区的最大振速进行了回归分析。结果表明:IV级围岩的α值约1.5~1.6,K值约为100~130;其中K值明显小于相关规程建议的取值范围,佐证了赋存临空面对减小爆破振动效应的有利影响。     

不同地应力条件下楔形掏槽爆破的岩石损伤演化过程研究

为解决掏槽爆破开挖困难的问题,以高速铁路隧道爆破工程入口段为例,设置多组静水地应力和非静水地应力加载工况,对楔形掏槽爆破过程进行数值模拟计算,分析不同地应力条件对岩石爆破裂纹扩展规律的影响。通过与实测数据进行对比,验证模型参数的合理性。结果表明： 1）由于掏槽孔与自由面斜交,应力波叠加区压应力分量增大,使炮孔间内部岩石产生更大的压缩损伤; 同时,远离炮孔处出现一定的裂纹,炮孔间靠近自由面部分岩体也出现拉伸损伤,有利于后续辅助孔的爆破。2）在静水地应力条件下,随着地应力增大,岩石爆破损伤演化受到抑制作用; 在非静水地应力条件下,损伤范围沿最大主应力方向扩展,且槽腔水平裂纹与垂直裂纹的长度差异随侧压力系数减小而愈加显著。3）静水地应力场20 MPa范围内,楔形掏槽角度为60°左右时,岩石爆破效果受地应力的影响较小。     

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。     

“短孔卸压降振法”对周边孔爆破减振效果的研究

为了解"短孔卸压降振法"对周边孔最大振速的影响程度,利用多自由面削减能量的原理,首先采用ANSYS-DYNA数值模拟软件对设置"卸压短孔"前后的断面模型进行计算分析,其次结合现场对设置"卸压短孔"前后的隧道断面爆破试验,提取爆破后的振速图进行对比论证,从而得出设置"卸压短孔"前的断面爆破振速大于设置后的断面爆破振速的结论。结果表明:1)使用"短孔卸压降振法"后,断面周边孔振动速度有所降低;2)采用"短孔卸压降振法"进行控制爆破后,隧道开挖轮廓线成型平整,超欠挖现象显著减少。     

凿岩台车采用长短眼配套控制隧道超挖技术

为有效降低施工成本，减小钻爆法隧道超挖量，提高钻爆施工技术及改进施工工艺，通过研究凿岩台车作业模式，分析得出凿岩台车进行隧道钻爆开挖时，由于受台车钻臂结构影响以及现场视线不清、视距较远等，钻凿周边眼时外插角不易控制，产生的隧道超挖往往较大。结合工程实践，通过对比凿岩台车在初期支护紧跟掌子面及不紧跟掌子面等不同施工工况下长短孔配套施工产生的超挖量，得出在保证施工安全的前提下，保留一定长度的隧道不进行初期支护施工钻孔，并采用长短孔配套钻孔爆破技术，可有效控制凿岩台车钻爆时隧道的超挖量。研究结果表明： 采用长短孔配套钻孔时，Ⅱ、Ⅲ级围岩，Ⅳ级围岩，Ⅴ级围岩相比类似条件只采用长眼时的最大超挖量分别减少约12、19.5、21.5 cm。