地铁隧道掘进爆破振动效应研究

在目前的隧道掘进过程中,多采用的是爆破开挖法。以武汉地铁二号线工程为背景,采用现场爆破振动监测与数值模拟相结合的方法,对隧道掘进爆破过程中产生的地表振动效应进行研究。结果表明:数值计算所获得的地表振速峰值与现场监测结果吻合较好,其变化规律和特征与实测结果基本一致,证明采用数值模拟方法研究隧道掘进爆破产生的振动效应是可行的。成形隧道对地表振动速度存在不同程度的放大作用,在后续的施工中应该注意控制爆破振动速度,保护成形隧洞上方建筑物的安全。     

城市隧道爆破施工地表建筑物安全性评价研究

利用通用有限差分软件对重庆两江大桥渝中连接隧道爆破施工进行数值模拟分析,总结不同隧道埋深情况下的地表震速分布规律,绘制隧道沿线的地表震速峰值分区图,并结合建筑物结构安全震动控制标准对隧道沿线的地表建筑物进行安全性评价。结果表明：沿线15座地表建筑,除罗汉堂外,均符合建筑物结构安全震动控制标准。     

隧道爆破施工地表特殊建筑物震速控制方案研究

重庆两江大桥渝中连接隧道途经民族路罗汉寺下方,采用钻爆法施工时可能危及寺中建筑物的安全。通过数值模拟分析,预估现有上下台阶爆破方案无法满足寺中罗汉堂的安全震动控制标准。针对这种情况提出上台阶机械开挖、下台阶爆破开挖的组合掘进方式,并根据计算确定该种掘进方法的使用范围。现场爆破震速实测验证表明,实测值与计算值间具有良好的吻合性,对地表震速的预估准确、可靠。     

浅埋隧道掘进爆破及其振动效应数值模拟研究

文章以玉渡山隧道为工程背景,采用完全重启动分析法对浅埋隧道掘进爆破破岩过程进行数值模拟,同时结合现场监测结果,对浅埋隧道掘进爆破及其振动效应进行研究,并对研究结果进行分析得出,浅埋隧道钻爆施工,应重点控制爆破振动对开挖区隧道上部围岩、初衬结构的影响,需要特别注意的问题是当浅埋隧道穿越地表上方存在重要建筑物时,已成形隧道形成的爆破振动放大效应对建筑物产生的影响不能忽视。     

黄岛LPG地下储库爆破震动监测与分析

为了研究爆破掘进对地下储库工程稳定性的影响,分析工程爆破震动的衰减规律,采用理论分析及现场监测的方法对爆破施工地表振动特性及变化规律进行研究。结果表明:1)萨道夫斯基公式对掌子面掘进前方地表振速监测数据进行拟合,相关性较好,而掘进后方相关性较差;2)爆破时存在角度效应,即针对掌子面掘进后方地表振速监测数据进行拟合时,若爆源距与掌子面在水平面投影夹角在0~33°时,监测数据相关性较强,大于33°时监测数据相关性较差;3)掌子面掘进后方相对于掘进前方对地表振速具有放大效应,且在掌子面后方,爆源距在水平面投影越是接近于垂直掌子面,这种放大效应就越明显。     

北庄隧道爆破震动安全性监测与分析

为避免隧道施工爆破过程中对周围构筑物产生危害,结合巩登高速北庄隧道工程施工,采用美国生产的REFTEK130B型地震仪与英国生产的GURALP三分量地震计,对北庄隧道左右线隧道在不同用药量条件下的地表监测点的最大振动幅值与加速度进行了测试,并根据爆破震动监测结果,指导了北庄隧洞施工组织设计,控制施工爆破对隧道上方北庄村房屋的影响,取得了良好效果。     

隧道下穿县城爆破震动对地表建筑影响及安全评价

榆佳高速公路佳县隧道整体下穿佳县县城,洞顶地表有大量房屋、道路等结构物,钻爆法施工可能造成地表建筑开裂、失稳等不利影响.为明确受影响范围及程度大小,确保工程顺利进行而展开专题研究.根据规范拟定爆破最大段装药量为5.0kg,采用数值模拟方法计算地表振速峰值,对地表建筑进行安全评价并提出应对措施,初步分析黄土的振动响应特征.研究结果显示:隧道上方地表房屋和道路最大振速均满足安全允许标准,距隧道拱顶最近的两座房屋最大振速为2.4 cm/s,主振频率为56.0 Hz,在施工中应加强监控量测和实施加固保护措施;黄土覆盖层可以有效加速震动能量衰减,频率大于70 Hz的高频部分基本被过滤,但震动持续时间加长.评价结果可为施工方案和监控设计提供依据,评价方法可为类似工程提供参考和借鉴.     

下穿大堤盾构隧道引起的沉降分析

下穿大堤盾构隧道将引起地层变形与地表沉降,以南京市纬三路过江隧道工程为背景,通过对比现场监测和理论计算结果,并采用数值模拟方法,研究了盾构下穿防洪堤引起的地层变形和地表沉降规律。结果表明,除管片安装完成初期考虑椭圆化地层变形得出的理论解外,实测地表沉降槽要深于两种理论结果。同时对比了实测和数值模拟计算得出的堤顶处的历时地表沉降曲线,分析结果验证了数值模拟方法在预测盾构掘进过程中地表沉降的可行性。     

浅埋隧道施工爆破震动控制

为控制爆破震动对地表建筑的危害,分析城市浅埋隧道施工爆破震动控制技术。结合隧道工程施工实例,阐述减震控制爆破的技术要点,并对控制效果进行现场监测。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面,近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动,并与2条远场地震动进行对比分析,从而得到其频谱特性,即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值,PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大,速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程,建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型,并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算,研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大,并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大;与远离断层处相比,在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化,其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶,且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变,进入破坏阶段;断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道,而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈,应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致,可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

浅埋隧道爆破施工中邻近框架结构的振动响应分析

为研究隧道爆破作用下邻近框架结构的振动响应机制，以某5层框架结构住宅楼为例，借助ANSYS/LS-DYNA建立基于隧道爆破-围岩-框架结构的三维耦合数值计算模型，分析隧道爆破施工中邻近框架结构的振动响应。研究结果表明： 数值模拟清晰地展示了隧道爆破作用下围岩和框架结构应力场、位移场的变化情况，给出了爆破振动波从围岩至框架结构的传播过程。通过对比实测测点与数值模拟中对应测点的振动速度时程曲线和频率分布，验证了数值模拟方法的可靠性。在隧道爆破作用下，邻近框架结构梁、柱以及外墙等构件的振动响应并不一致，随结构高度呈现出不同的变化规律。此外，应力集中现象主要发生在建筑物底层外墙、外墙与柱结合处、外墙与梁结合处以及外墙与楼板结合处等非承重部位，表明这些部位更易在隧道爆破过程中发生损伤开裂。     

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。     

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。     

同段起爆炮孔间距对最大振速的影响分析

为研究开挖断面为6 m范围内同段位两炮孔间距对最大爆破振动速度的影响,以青岛地铁2号线延安路站侧穿166号楼为研究对象,采用数值模拟与现场试验相结合的方法,对同段起爆炮孔间距这一参数进行计算分析。结果表明： 1）在开挖断面宽度为6 m范围内,同段起爆的两炮孔间距对最大爆破振速影响不明显; 2）相邻两炮孔同段起爆比间隔炮孔同段起爆产生的振速衰减得快,即相邻两炮孔同段起爆对建筑物的累积损害量相对较小。     

基于LM BP算法的隧道爆破振动灾害预测的应用

为了对隧道爆破振动灾害的危险状态进行有效地预测,实验采用基于Levenberg Marquardt（LM）算法改进的BP算法,建立以实测隧道爆破掏槽眼装药量、爆心距和爆破振速为主要爆破影响因素的神经网络模型,对振速进行预测分析,预测结果与实测数据吻合良好;继而引用GB 6722-2014《爆破安全规程》所规定的临界安全振速反向预测掏槽装药量,通过反向预测计算得出满足安全振速要求的临界掏槽装药量。预测结果表明： LM BP算法相比传统的经验模型在振速预测上表现更好,通过反向的预测运算,能有效预知临界装药参数,对爆破振动安全预测及控制有积极的意义。     

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。     

“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。     

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。     

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。