爆破振动对邻近铁路隧道衬砌结构的影响北大核心

依托海南西环铁路新建隧道爆破工程,选择三角形等效爆破荷载模拟爆破过程。结合现场爆破振动监测,验证隧道爆破三维模型的准确性。进而逐级提高爆破荷载,分析5、10、15、20、25倍五种爆破荷载工况下,隧道围岩塑性区分布情况、既有铁路隧道衬砌结构的爆破振动速度和拉应力变化规律。结果表明:新建隧道爆破开挖时,既有隧道衬砌结构迎爆侧拱肩爆破振动合速度最大,仰拱一直处于受拉状态;随着爆破荷载不断提高,隧道围岩塑性区范围不断扩大,既有隧道衬砌结构最大爆破振动速度和最大拉应力均不断增大;当采用20倍爆破荷载作用时,既有隧道衬砌结构迎爆侧边墙最大爆破振动速度为29.90 cm/s。     

频繁爆破条件下既有隧道支护结构动态响应研究

以邻近既有隧道的保和村隧道为依托,研究在新建隧道推进式、往复、频繁爆破开挖过程中邻近既有隧道支护结构的动态响应特征。爆破振动速度监测结果表明,邻近既有隧道迎爆侧的拱肩到拱腰部位振动最为强烈,应严格控制振动速度;围岩声波波速监测结果表明,既有隧道支护结构在一定程度上发生损伤、破坏,尤其是迎爆侧。基于对监测结果的分析和损伤效应,对爆炸荷载进行分析简化;结合现场振动监测对爆轰压力进行修正,计算衬砌的振动速度和拉应力,实现动态响应数值模拟;通过数值计算,达到优化装药量以控制邻近既有隧道动态响应特征的目的。     

小净距隧道爆破施工影响的数值模拟分析研究

通过MIDAS/GTS软件对新建隧道爆破施工对邻近既有隧道影响进行了研究,通过分析不同的隧道间距对既有隧道衬砌振速、位移、应力造成的影响得出了以下结论:既有隧道迎爆侧拱腰部位是振速峰值、位移最大值的发生区;既有隧道衬砌最小主应力出现在距爆破面最近的迎爆侧拱顶位置,应加强此区域监测;隧道间距小于12 m的情况下施工需谨慎进行,建议适当减小爆破开挖进尺以减弱对既有隧道影响。     

爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。     

基坑爆破开挖对运营隧道的影响数值模拟分析

以深圳安托山安峦公馆基坑爆破开挖工程为研究对象,采用数值模拟方法分析了爆破振动传播途径中距离爆源不同距离处的振动速度,以及大断面、小断面隧道衬砌振动速度的分布情况。结果表明:在距离地铁40 m以内爆破施工时应采取减震措施;地铁隧道迎爆侧的水平和竖向振动速度要大于非迎爆侧,隧道衬砌最大振动速度在迎爆侧拱顶和拱脚,爆破施工过程中应对隧道迎爆侧重点监测和防护;隧道断面对水平和竖向振动速度均有放大作用。     

上下交叠隧道近接施工力学特性的监控量测与数值模拟分析

以厦门北动车运用所新建刘塘隧道上跨穿越既有铁路隧道的近接施工为依托,通过数值模拟和现场监控量测等手段,分析了上跨隧道开挖对下伏既有隧道的力学影响规律。数值模拟与现场监测结果表明,上方卸载使得既有隧道衬砌结构发生轻微水平向收敛和竖直向隆起(约2 mm左右)。另一方面,上方卸载使得既有隧道衬砌左拱肩处(迎挖侧)的轴力显著降低(降幅约为16%),拱顶处的弯矩显著降低(降幅约为31%),而衬砌其他位置处的内力变化幅值不大。从量值上看,若不考虑爆破振动效应,上跨隧道开挖对下伏既有隧道的力学影响有限。上述成果为新建刘塘隧道的安全施工提供技术支持,也为其他类似近接穿越工程提供参考。     

浅埋偏压小间距隧道爆破对既有隧道震动影响分析

结合太兴线新风平岭隧道工程,应用有限元软件分析新建隧道不同爆破进尺施工时对临近隧道的动力响应,同时与既有隧道震速的实测数据进行对比。研究表明:现场量测速度值分布和数值计算的结果基本一致,最大值在迎爆侧边墙腰至拱脚范围内;确定既有隧道震动速度阈值为10.6 cm/s;爆破进尺越大,震速和应力越大,偏压侧出现的拉应力越大,破坏范围越大;由爆破引起的既有隧道结构最大主应力位于拱顶。     

救援通道施工爆破对已建高铁隧道的振动安全分析

为确保已建金山顶高铁隧道衬砌结构的安全,有必要在救援通道爆破施工过程中对其开展爆破振动监测。采用TC-4850N无线网络爆破测振仪进行监测,监测结果表明:既有隧道迎爆侧的衬砌结构断面振动最大;基于最小二乘法对监测数据进行回归分析并得到了爆破振动萨道夫斯基经验衰减公式参数;根据公式参数对后续爆破提出了爆破振动控制措施,做到当振动速度超过安全阀值时及时调整爆破参数,取得了较好的效果。     

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。     

超小净距隧道不同爆破方式现场试验研究

超小净距隧道钻爆法施工过程中,爆破产生的地震波不可避免地对先行隧道衬砌结构产生损伤,会危及其安全和稳定性。南京地铁隧道二号线工程实践,最小净距仅0.309 m,远小于隧道设计规范规定值,进行CRD工法的爆破全过程系统现场试验,分析先行洞衬砌在不同爆破方式作用下的振动波传播及分布规律,结果表明:上台阶爆破时先行洞迎爆侧衬砌产生的振速较大,但切向和水平相差不大,应将上台阶的爆破作为爆破控制的重点,选择合理的掏槽形式和掏槽位置,可以为后续爆破创造足够好的临空面;下台阶爆破对先行洞产生的振速较小,一般不会大于10 cm/s;上下台阶同时爆破作业产生的振速最大,超过爆破安全规程规定值20 cm/s,因此小净距隧道禁止上下台阶同时爆破。     

邻近隧道管片结构对基岩和孤石爆破的振动响应特征研究

华南沿海地区盾构隧道施工时,经常会遇到球状风化岩体和基岩侵入隧道开挖断面的情况。在盾构直接掘进前,可采用水下钻孔爆破的方法对侵入基岩和孤石进行预处理。然而,这种无自由面爆破产生的振动效应及其对邻近结构物的影响不可忽视。基于某海底取水隧洞工程,重点研究邻近已建隧洞管片结构对基岩和孤石爆破的振动响应特征,对监测数据进行对比分析,得出不同衬砌结构、测点位置及岩性条件下地震波衰减参数,并对现行爆破振动控制标准进行讨论。研究结果表明:地震波传播到管片壁内表面时,会发生突变放大效应,爆破振动对隧洞迎爆侧的影响要大于背爆侧,相对于其他爆破工程,无自由面条件海底孤石爆破产生的爆破振动更大。结构物的振动破坏不仅取决于地震波的质点振动速度,还与地震波的幅值、频谱、结构自身的动态特性、爆破自由面和爆破持续时间等诸多因素有关。     

小净距隧道爆破施工振速规律探究

为研究小净距隧道后行洞爆破施工时先行洞振动速度规律,以某一实际小净距隧道微差爆破施工现场为原型,首先利用Midas/GTS NX模拟软件建立三维爆破计算模型分析先行洞不同位置爆破振动速度的大小,然后将得到的结果应用到现场监测中验证其正确性。结果表明,小净距隧道先行洞迎爆侧振速值要明显大于背爆侧振速值;小净距隧道先行洞迎爆侧拱腰部位和先行洞迎爆侧洞口方向均出现爆破振速极大值,爆破振速衰减速度与隧道围岩的特性有显著关系。通过现场监测数据对比发现数值模拟结果和实测值相差不大。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

近距离爆破对既有隧道的振动影响

根据实测资料,运用统计回归方法,进行近距离爆破对隧道周边振动场分布影响的分析,得出结论:最大振动速度出现在隧道迎爆侧的墙壁和拱部,墙脚点振动速度较小,背爆侧振动相对较轻;爆源越近,迎爆侧与背爆侧振动反差越大。比例距离越大,隧道周边的振动峰值速度分布越趋于均匀;爆破夹制作用越大,邻近隧道产生的爆破振动越大;岩体越坚硬完整,振动峰值衰减越慢。提出增加起爆段别,减小单段爆炸药量,增加空孔,改善临空面,减小夹制作用等降低爆破振动的措施。     

小间距并行隧道施工爆破振动控制技术试验研究

为了有效控制小间距并行隧道爆破产生的振动对既有隧道的影响,开展了普通导爆管雷管起爆和数码电子雷管起爆的现场对比试验研究。试验结果表明:普通导爆管雷管起爆3组试验中,掏槽处爆破产生的振动速度均最大,将各测点掏槽处爆破产生的振动速度进行拟合回归,得到三洞分离区间既有隧道迎爆侧洞壁处的振动速度传播规律;与普通导爆管雷管起爆对比,掏槽处采用数码电子雷管起爆产生的最大振动速度可降低43. 78%;紧邻既有隧道施工时,采用数码电子雷管起爆可以有效降低爆破振动对既有隧道的影响。     

滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用

依托某滑坡蠕动作用下的高速铁路隧道工程，设计并构建包括5大子系统，具备监测数据自动采集、数据传输、结构安全评价及预警等功能的隧道结构安全预警系统；分析滑坡蠕动作用下依托工程隧道结构应力在时间、空间上的分布规律，验证系统的可靠性和应用效果。结果表明：通过静态监测系统对隧道结构应力开展自动、实时、长期的安全监测及预警，设计思路具有可行性，构建的结构安全预警系统具备工程可靠性；隧道衬砌结构应力对滑坡蠕动作用的响应是长期而缓慢的，应力在经过4年“波浪式”增长后仍未稳定，其中套衬段最大钢架应力为-19.95 MPa、最大混凝土应力为-15.51 MPa，拆换段最大钢筋应力为-59.14 MPa、最大混凝土应力为-29.55 MPa；当滑面位于隧道下方时，隧道结构承受偏压荷载，拱顶、靠河侧拱部及靠山侧边墙部位的应力较大，且位于滑体边界处断面的应力大于其他断面。该系统可用于高速铁路隧道结构安全状况的评价和预警，并为保障隧道运营安全提供技术支持。     

上覆溶洞水压对小净距隧道衬砌结构的影响研究

隧道衬砌是确保运营隧道防水与结构稳定的重要结构，其受力状态会随着上覆溶洞水压力的改变而改变。鉴于此，以某小净距隧道为工程背景，利用有限元差分软件建立分析模型，研究上覆溶洞处于不同水压状态下隧道衬砌结构的受力状态，利用相应公式计算衬砌结构安全系数，结合实际数据与模拟结果对比验证模型的可靠程度，得出主要结论：拱底衬砌结构最大主应力为拉应力且其余位置为压应力，溶洞水压逐渐变化可能导致拱底破坏；整体衬砌结构最小主应力均为压应力，拱肩、拱腰与拱脚的最小主应力均随水压增加而增加；各部位衬砌结构安全系数随溶洞水压增大而减小，随溶洞水压进一步增大，拱腰处可能最先发生受压破坏。这可为处于溶洞等不良地质条件下的隧道安全稳定性研究提供参考。     

新建隧道平行既有隧道施工及爆破影响研究

在隧道工程领域中,平行近接是当下存在且亟待解决的一类问题。以既有分离式隧道中间新建隧道为研究对象,基于FLAC3d有限差分软件,采用全过程施工模拟的方式在静力和动力两方面对既有隧道受到的影响进行研究,结果表明:静力开挖造成地层应力的改变对既有隧道影响很小,位移和主应力增量曲线具有显著的规律性,表现为"S"型曲线,可划分为3个阶段;动力分析中,各监控点的振动速度均较小,采用爆破施工对既有隧道结构几乎无影响,同时,说明新建隧道施工中应主要控制迎爆侧既有结构的振动速度。该成果可为类似工程提供借鉴和指导。     

大跨度小净距隧道爆破振动影响数值模拟分析

结合温州绕城高速屏山隧道小净距段实际工况,应用数值模拟方法对小净距段在爆破荷载作用下的相互影响问题进行研究。研究结果表明:后行隧道爆破施工中应对先行隧道迎爆侧边墙处进行重点监控,且测点应尽量与爆源在相同高度处;对于3车道大断面小净距隧道,后行洞掌子面爆破最大段药量为30 kg时,先行洞二次衬砌发生拉伸破坏的潜在范围约为对应爆破掌子面前后10 m左右,为保证先行隧道二衬结构安全,先行隧道二衬浇注里程应滞后于后行隧道掌子面至少10 m距离以上。结论可为类似小净距段隧道的爆破设计、施工及现场监控量测提供一定参考。     

地铁双层交叉隧道非线性地震响应分析

以北京某地铁双洞盾构隧道近距离下穿既有矩形矿山法隧道为例,建立不同交叉角度的地铁双层交叉隧道三维数值模型,采用日本阪神波及北京人工波作为向基岩输入的地震波,研究其在水平强地震动作用下的地震响应特性,并与单层矩形/圆形隧道的地震响应特性进行比较。结果表明:双层近距离交叉隧道相互作用效应对上、下层隧道相对水平位移峰值和振动加速度均具有放大作用,且均随着交叉角度的增大而减小,对上层矩形隧道的地震应力有增大作用,对下层圆形隧道的地震应力有减小作用,且与交叉形式和基岩输入的地震波特性密切相关;上层矩形隧道顶、底板与侧墙的连接部位、中隔墙(中柱)的顶部和底部,以及下层圆形隧道的拱肩和拱腰处是结构的薄弱部位;矩形隧道和圆形隧道的地震变形模式分别近似于正弦曲线的单调递增段和反S形;场地土层的变形以剪切变形为主;土与结构的接触面是地震发生时的薄弱环节。