隧道开挖面接近地质界面时围岩位移特征及其影响因素分析

用FLAC3D分析隧道开挖面接近地质界面时隧道围岩变形行为以及侧向应力、纵向应力、洞室形状、地质界面倾角对隧道围岩位移的影响规律.结果表明:当隧道由硬岩向软岩掘进时,随着开挖面逐渐接近前方地质界面,隧道拱顶和边墙位置围岩的位移均有明显的增加;当隧道由软岩向硬岩掘进时,开挖面以及开挖面前方的拱顶和边墙位置围岩的位移均有明显的减小;隧道掘进至硬岩与软岩的地质界面,隧道边墙位置围岩径向位移随侧向应力的增加而增加,拱顶和边墙位置围岩的纵向位移随纵向应力的增加而增加;矩形隧道时围岩的位移最大,马蹄形隧道时次之,圆形隧道时最小;地质界面倾斜时围岩的位移均比地质界面垂直时大.     

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。     

浅埋隧道控制爆破施工技术

渝利铁路火风山浅埋隧道采用爆破施工。通过利用爆破振动监测及声波检测技术,结合现场试验数据,分析了毫秒导爆管雷管爆破对地表及基桩底部的振动和围岩损伤的影响。结果表明:采用电子雷管后距离掌子面20 m的最大爆破振动速度降为2 cm/s以下,地表振动速度为0.3～0.5 cm/s;爆破开挖对拱顶的内部围岩损伤范围未达到拱顶以上4 m,符合设计要求。提出的测试方法和检测项目科学可靠,可为隧道施工确定爆破方法和爆破参数提供科学依据。     

下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影响及对策研究

依托云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用LS-DYNA显式动力数值模拟及现场爆破振动监测,对既有隧道受下穿新建隧道爆破施工产生的振动影响和对策进行研究。结果表明:全断面起爆中,D(D为下穿新建隧道洞径,下同)<2.5D0(D0为基准洞径)时,既有隧道的振动速度、振动加速度均随D的增大而增加,且基本呈线性关系;2.5D0≤D<3.5D0时,振动速度及加速度均急剧增大;D≥3.5D0时,振动速度、加速度随D的增加而减小。随两隧道间距的增加,既有隧道考察点的振动速度和加速度均减小;在距离相等时,掌子面未到达前的振动响应大于掌子面离开后的响应;相同爆破参数时,距离越远,受到的振动越小;同时起爆药量越大,受到的振动越大。随围岩的变差,既有隧道处的振动速度增大,振动加速度变化较小。根据不同影响因素与振动速度关系的规律,推导了包含隧道开挖洞径、进尺长度、上下交叉隧道净距、单位药量等参数的隧道开挖爆破振动速度计算公式,并由现场爆破振动监测验证了数值模拟的正确性。同时,针对不同影响因素,提出分部开挖、分段起爆、干扰减振等减小爆破振动影响的对策措施及选择原则,并指出爆破试验及爆破振动监测在近接隧道工程中的重要性和可操作性。     

爆破地震波对隧道影响的测试分析

某岩石隧道与采石场距离较近,对采石场爆破引起的地震波对隧道安全的影响进行研究。在隧道内壁边墙及拱顶布置测点,采用振动速度传感器测试爆破地震波速度,研究隧道内与隧道外振速传播关系。在地表采石场与隧道顶部之间平行隧道方向和垂直隧道方向布置两条测线,以测试振动速度与炸药量和距离的关系。测试结果分析表明,在现有作业条件下,爆破振动对隧道的影响在国家安全标准之内。分析得到的振速随炸药量和距离的衰减关系对爆破作业合理选用爆破参数提供了依据,据此提出了控制作业范围、一次起爆药量和采石场向下超挖量的控制值。     

围岩快速分级和松动圈测试应用研究

吉图珲客运专线小盘岭1#~3#隧道施工,遇到碳化泥质板岩地层,由于其岩质软、节理发育、岩体破碎,围岩稳定性极差,多次发生塌方、换拱等问题。为保证隧道安全快速施工,现场采用非金属声波测试技术对围岩进行施工期快速分级和松动圈厚度确定,为隧道动态设计和信息化施工提供有力保障。(1)声波测试结果分析表明,该隧道碳化泥质板岩松动圈厚度范围在4.90~6.16 m之间;左拱腰、拱顶和右拱腰位置松动圈厚度均值分别为5.91 m、5.35 m和5.19 m。(2)围岩饱和单轴抗压强度为20.6 MPa,属于软质岩;松动圈内围岩波速平均值为1.29 km/s;松动圈外围岩波速平均值为2.06 km/s。综合判定小盘岭隧道弱~强风化碳化泥质板岩围岩等级为Ⅴ级,与现场调查结果基本一致。基于测试结果对隧道支护锚杆和注浆长度进行优化,工程实践表明优化后的锚杆支护和注浆加固效果明显。     

水平层状围岩隧道稳定性及破坏机理研究

研究目的:水平层状砂质板岩隧道围岩施工稳定性是一个难点,为研究水平层状砂质板岩围岩隧道在不同影响因素下的安全稳定性,本文以同马山隧道工程为依托,对水平层状砂质板岩隧道的稳定性及破坏机理进行研究。研究结论:(1)随着岩层厚度减小,洞室爆破开挖后成形困难程度增加,拱顶塌落范围增大,边墙、拱顶等位置破碎程度增加;(2)随着岩体坚硬程度及层理面结合程度降低,洞室由边墙部位发生轻微破坏到整体发生较大变形,成形困难,其中层理面对隧道洞室成形影响的最大段落是破碎带和裂隙带;(3)洞室失稳破坏是围岩压力与爆破动载共同作用的结果,拱顶与边墙处最易发生破坏,拱顶处破坏程度最大,边墙次之,拱腰处最小;(4)本研究成果可为水平层状围岩隧道的建设提供参考。     

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。     

复杂地质条件下软岩隧道爆破开挖技术研究

十房高速公路通省隧道围岩以Ⅳ、Ⅴ级软岩为主,局部为Ⅲ级围岩,施工中对围岩的稳定性和隧道的超欠挖要求较高.通过应用水压爆破技术,合理选择爆破参数并对不同围岩采用不同爆破方案,爆破效果良好:围岩的变形和隧道的超欠挖得到有效的控制,开挖面轮廓比较圆顺,岩面平整;炮眼痕迹保存率达到90%;加快了开挖的速度,改善了洞内施工环境;有效地控制了塌方的出现.     

达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析

结合达(州)成(都)高速铁路某岩溶隧道工程,建立岩溶隧道三维实体模型,利用三维快速拉格朗日法FLAC3D对隧道底部含有溶洞的围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析.研究结果表明随着隧道施工接近并通过溶洞顶部,隧道拱顶处围岩向下变形,其值不断增大,拱腰处围岩沿隧道径向收敛,其值变化较小;仰拱处围岩最初向上变形,在隧道施工到溶洞顶部时变为向下变形,且其下沉值不断增大;围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势;隧道拱顶左右各约45°的范围、隧道底部以及溶洞周围的部位为应力释放区,拱腰处为应力增高区.     

地下洞室群微振爆破技术及振动控制标准研究

为了减小隧道爆破施工对邻近洞室围岩及周边环境的影响,探明爆破振动控制机理及控制标准,采用经验总结法和理论分析法,将围岩爆破分为常规爆破、弱振爆破、微震爆破和静态爆破四个等级,建立振动波速与材料强度之间的关系,提出爆破振动的控制标准。研究结果表明,微振爆破根据其降振机理划分为跨主振周期法和干扰降振法两种,干扰降振法的降振效果更好,但其技术难度更高,跨主振周期法技术难度相对较小,也相对可靠成熟。京张高铁八达岭长城站左、右到发线爆破施工采用微振爆破跨主振周期法,中洞采用干扰降振法,现场监测表明爆破引起的振动速度满足振速控制要求。     

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。     

深埋隧道内小净距地下洞室群钻爆开挖技术

结合云山隧道3#斜井地下风机房小洞室群的开挖施工,根据《爆破安全规程》中交通隧道安全振动速度标准的要求,施工中区别洞室断面大小与毗邻净距等因素,选用合理开挖顺序及施工方法,通过爆破振动监测和爆破参数优化确保既有洞室围岩稳定,探讨地下风机房小净距洞室群开挖减震控制措施。     

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E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。     

基于围岩损伤机理对地铁爆破参数的研究

为解决地铁爆破中存在的超欠挖问题,依据爆炸载荷作用下的岩石作用原理及围岩损伤机理,采用现场试验的方法,对地铁区间隧道原有爆破施工方案掏槽眼间距和周边眼光面爆破参数进行综合优化。结果表明:(1)爆破振速由0.956 cm/s减小为0.379 cm/s;(2)炸药单耗由2.10 kg/m3降低为1.21 kg/m3。通过现场实例验证,将围岩损伤机理应用于爆破参数设计中,在保证爆破断面平整光滑的同时,降低了炸药单耗,取得良好的经济效益;并通过优化掏槽眼参数降低振动速度,最大程度地减小对周边建筑物的扰动影响。     

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。     

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。     

瓦斯隧道有害气体运移规律及通风方案优化研究

本文基于现场测试和数值模拟对隧道整体双洞互补式通风条件下瓦斯扩散规律进行分析和研究。结果表明:(1)瓦斯隧道爆破施工主要产物浓度峰值从掌子面向隧道洞口方向逐渐减小。(2)风速变化梯度随风管附壁程度的增加、距工作面距离的降低而显著提升;另外,局部压力损失会随着风管管口距工作面距离的缩小而增大。(3)在隧道掌子面附近区域瓦斯浓度变化最为显著,且射流区瓦斯浓度相较于回流区要低。本文研究成果可为瓦斯隧道施工通风优化提供参考。     

复杂环境下铁路复线路堑爆破开挖安全控制技术

紧邻既有铁路进行路堑石方爆破开挖,施工环境复杂,安全标准要求高。依托渝怀二线漾头车站站改工程,通过精细化爆破设计将爆破区域划分为6个分区,并根据每个分区与保护对象的位置关系选取不同的爆破方式和防护措施;通过控制爆破规模、最大单响起爆药量以及优化起爆网络实现逐孔起爆,有效控制爆破振动对既有铁路和周边居民的影响;通过改变临空面方向和采用多元立体化防护措施,有效控制爆破飞石侵线和对周边居民的影响。采取本文中的爆破控制技术措施既有效控制了爆破有害效应,又保证了施工质量和进度。