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。     

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。     

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。     

陈家桥大跨连拱隧道爆破振动测试分析

结合陈家桥大跨连拱隧道的施工,分析了大跨连拱隧道爆破开挖对中隔墙的振动影响;通过对比中隔墙对应后行洞已开挖部分和未开挖部分的爆破振动监测数据,得出大跨连拱隧道爆破对中隔墙影响的一般规律.     

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...     

分岔隧道过渡段施工结构稳定性分析

为研究分岔隧道过渡段施工过程中的受力特性,以西南地区某山岭隧道为依托,通过三维有限元数值分析,研究在环形开挖预留核心土法(先行洞)及CD法(后行洞)组合施工情况下的分岔过渡段围岩形变规律和支护结构的力学特性,提出相应的处治建议.研究结果表明,相比后行洞CD法开挖,先行洞所采用的环形开挖预留核心土法对围岩扰动性较大,隧道...     

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。     

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。     

樱桃湾隧道爆破设计及振动速度分析

以樱桃湾隧道为工程背景,结合隧道实际情况,对Ⅲ级围岩的全断面爆破参数进行了设计,并对樱桃湾隧道的爆破振动速度进行分析,得出了后行隧道爆破对先行隧道的影响,为隧道开挖采用合适的爆破掘进方法提供理论依据.     

分岔隧道连拱段施工数值模拟分析及其方案优化

为进一步研究分岔隧道施工过程中的围岩力学性态,以某正在施工的分岔隧道为工程背景,采用FLAC3D有限差分软件对隧道施工过程进行了数值模拟,研究了分岔隧道施工过程中连拱段围岩及中隔墙的应力、位移分布和变化规律,在此基础上,对隧道施工方案进行了优化分析。研究结果表明:该隧道开挖过程关键工序为上台阶开挖,侧导坑开挖对围岩稳定性有较大影响,隧道采用中导洞台阶法直接开挖仍可以保障围岩稳定性,同类工程采用中导洞台阶法开挖是安全可行的。     

土岩交错地层隧道施工爆破围岩振动特性研究

以上软下硬为特征的土岩交错地层为研究对象,采用计算机仿真的方法,分析了围岩振速的环向分布、土岩界面附近的衰减规律和界面两侧围岩力学强度的影响等。结果表明:环向上围岩振速最大位置出现在土岩交界面与隧道壁相切点附近,以此切点为中心,土岩界面的法线两侧围岩爆破振动速度基本对称,且越远离切点,则爆破振动速度越小。靠近隧道壁的振速矢量具有显著的环向优势。在软硬岩层界面附近,岩体振速与弹性模量比呈负相关关系,即岩体振动速度随着界面两侧岩体弹性模量比值的增加而降低,且随着弹性模量比的增加,径向各测点峰值振动速度下降,横向峰值振动速度在径向1 m范围内下降较快。     

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.     

单跨5车道公路隧道过渡“3+2”小净距隧道施工力学研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道及匝道2车道的"3+2"小净距段,采取直接过渡的方式不设置连拱段,最大开挖跨度达到30.46m,最大开挖面积达450.41m~2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段决定了施工过程中非常复杂的工序转化,施工力学机制难以把控,分岔隧道围岩应力受隧道净距和断面形式的影响,分岔隧道的施工与支护结构设计面临诸多难题。通过三轴试验结合数值分析的方法对大跨段与小净距段交界处以及小净距隧道的施工力学进行研究,得出如下结论:1)现场取得的花岗岩试样属于弹脆性岩石,岩石处于三向受力状态时岩石强度和稳定性远大于双向受力状态,花岗岩试样弹性模量与围压呈正相关,结合Hoek-Brown强度准则以及Mohr-Coulomb强度准则对三轴试验结果进行修正得到现场岩体的物理力学参数。2)分岔隧道大跨段过渡至小净距段施工时,应及时对大跨段与小净距段交界面处围岩进行封闭,建议采用高性能喷射混凝土和工字钢支护,保证围岩尽快处于三向受力状态。3)小净距段隧道开挖对大跨段末端断面位移的影响主要是竖直方向,同时也会引起大跨段隧道末端初期支护不同程度的内力变化,其中左右拱脚处内力变化最为剧烈。主洞隧道施工对大跨段隧道内力和位移影响范围为掌子面后16m,匝道则为掌子面后12m。4)小净距段施工时,主洞和匝道隧道最佳纵向开挖间距为16m;当主匝隧道净距大于6m时,可作为独立单洞进行设计和施工。     

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。     

紧邻营运隧道爆破振动控制技术

新建隧道与既有隧道会因为其距离较近导致新建隧道开挖爆破产生的地震波危及既有隧道衬砌结构的安全和稳定。本文根据隧道爆破振动影响控制标准,分析了隧道爆破振动强度的影响因素,提出了降低爆破振动的技术措施,使新建隧道开挖施工爆破中的既有隧道振动速度值控制在安全范围以内,确保隧道开挖作业安全、顺利地进行。可为今后类似工程的设计与施工提供参考与借鉴。     

爆破地震波作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究

以成贵高铁豆子湾隧道为工程背景,对浅埋隧道爆破开挖时地表振动速度进行了监测。实测数据表明,以掌子面为对称面,隧道已开挖成洞区拱顶上方地表的振动速度是对称位置未开挖区的1.1~1.7倍,即存在空洞效应。由于空洞效应的影响,导致隧道开挖成洞区上方地表的爆破地震波衰减规律不满足萨道夫斯基公式。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟计算,得到在隧道中心线方向,随距掌子面距离的增大,空洞效应的影响有一个先增大后减小的过程,并且当距掌子面为1.5~2.0倍的隧道洞径时,空洞效应的影响不再明显。     

公路隧道爆破振动对塔基影响的安全评价

隧道开挖爆破过程中,一部分能量会以地震波的形式向四周扩散,当地震波能量达到一定程度时,会引起爆区范围内建筑物的破坏。爆破振动与地震波传递介质、炸药量、隧道施工方案等多种因素有关。以宜巴高速公路中家湾隧道爆破振动对500kV三江I回线路94号杆塔塔基影响为例,从地质条件、施工方法、爆破过程3个方面对塔基的安全稳定进行分析。     

小净距隧道爆破开挖对相邻洞的影响研究

为提高小净距隧道先行洞在后行洞爆破开挖时的安全性,需要对先行洞在后行洞爆破荷载作用下的动力响应做理论研究.运用有限元的基本理论,采用ABAQUS软件对小净距隧道爆破开挖对相邻洞的影响进行了研究.重点研究了五级围岩条件下爆破对相邻洞的影响,分别就不同开挖步骤情况下既有隧道的振动速度和塑性区进行了分析.结果表明,当后行洞采...     

基于爆破振动测试的隧道中隔墩及二衬稳定性分析

目前许多高速公路隧道双洞间距处于规范所要求的小净距隧道与分离式隧道区分临界值附近,此工况下隧道中隔墩及相邻隧道衬砌在爆破振动下的稳定性需通过测试数据进行分析。结合竹山隧道爆破振动测试,得出各个方向上的振动速度绝对值,评定爆破振动对中隔墩及相邻洞二次衬砌的稳定性影响。再根据测试数据回归分析得出该区域的爆破地震波传播规律的代表公式,并推算出单段最大安全用药量,修正此隧道今后开挖的爆破参数。该结果可为类似工况下的隧道爆破开挖提供参考依据。     

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.