大断面铁路交叉隧道爆破动力响应研究

依托新建京张草帽山隧道小净距下穿既有铁路隧道工程,基于有限差分法建立三维仿真模型,对大断面铁路交叉隧道爆破荷载作用下既有隧道衬砌振速分布规律及位移特征开展研究.数值计算结果表明:既有隧道衬砌振速自交叉点断面沿隧道轴向逐渐衰减,监测断面与交叉点断面距离超过0.5D时振速衰减速率显著加快,随着监测断面与交叉点断面距离的继续增加,衰减速率逐渐放缓;随着掌子面向交叉点推进,交叉断面衬砌振速最大点逐渐从边墙转移到隧底,同时迎爆侧与背爆侧振速相差倍数不断扩大.基于现场振动监测数据,研究交叉隧道爆破振动频谱特征,发现爆破振动频率主要分布于10～110 Hz的中低频段,在10～30Hz、40～80Hz范围内能量较为集中.     

下穿隧道掘进爆破振动传播规律研究

为解决新建隧道近接下穿既有村庄爆破施工的安全难题,结合崇礼隧道下穿和平村建设项目,运用现场监测和信号分析的手段,研究爆破振动波在径向、切向和竖直向分别传播至地表的衰减规律。结果显示:爆破振动波传播规律受地质条件和测试方位的影响较大,三个方向的振动信号分别用萨道夫斯基公式进行回归分析,拟合效果良好,其中竖直方向振动信号拟合出的场地系数k值偏大,衰减系数α值偏小;利用FFT分析三向爆破振动信号频率分布广泛,主要集中在20～300Hz之间,无需考虑与地面建筑物共振情况;爆破振动信号传播至地表能量在垂直方向的低频部分比较集中,综合考虑峰值振速、频率、能量因素,竖直方向是爆破振动监测工作关注的重点。     

基于振动监测的水压爆破降振技术及其应用

为了探讨青岛地区隧道爆破开挖时地表振动特性及其变化规律,通过布设监测点全方位地监测爆破施工时隧道结构与周边环境的振动信息.分析获得的振动信息数据表明:常规爆破施工垂向出现大振速的可能性较大,对地层的压密作用最大;爆破引起的地表振动主频主要集中在20~70 Hz范围内;随着建筑物楼层的增高,三个矢量方向上的最大振速都有一定程度的增大趋势.研究适用于此类地层的水压爆破施工工艺,对降低工程费用、改善施工环境、提高炸药利用率、减弱爆破振速和减少对周围建筑物及居民的扰动起到显著效果,为类似工程提供经验参考.     

不掏槽掘进爆破机理的探讨

对不掏槽掘进爆破的理论研究可知,不掏槽掘进爆破主要降低了岩石抗爆能力,改变了自由面形成方向和过程,减小了岩石的夹制作用,装药爆炸后的比冲量沿炮孔更加均匀分布。因此,不掏槽掘进爆破从理论上优于掏槽爆破。     

轻轨隧道下穿建筑物爆破震动试验研究

以重庆轨道交通环线体育公园站浅埋轻轨隧道工程为研究背景,进行了施工通道钻爆循环掘进下穿"两江春城"的爆破震动效应试验。在钻爆初期,通过监测参数计算出爆破振动衰减参数,并通过测量轻轨隧道下穿建筑物时,爆破引起的建筑物不同楼层处的振动速度波形,探讨建筑物的震动特性及爆破地震波传播和衰减规律。研究发现,其爆破振动衰减参数为=1.88,k=99.43;浅埋轻轨隧道钻爆掘进过程中,其垂直方向的爆破振速明显大于水平方向的,因此在研究爆破振动传播和衰减规律及其对建筑物振动的影响时,主要以垂直方向的爆破振速为依据;建筑物的爆破振速在底层随着楼层的增加而增大,中层随着楼层的增加而减小,顶层又随着楼层的增加而增大,而不是随楼层的增加而减小,即不满足传统萨道夫斯基衰减规律。同时测得轻轨隧道下穿建筑物后的爆破振速相比下穿前的,存在放大效应,其放大倍数约为1.32~1.69。     

地铁隧道掘进爆破地表震动效应研究

以武汉地铁二号线隧道工程为背景,对爆破振动强度进行实时监测,并结合数值模拟软件计算,研究掌子面前后方地表振动特性及变化规律。结果表明:用萨道夫斯基公式对隧道掘进前方地表振速进行拟合时,相关性较好,而隧道掘进后方地表振速拟合的相关性较差。数值计算所获得的地表峰值振速变化规律及特征与现场实测结果基本一致,成形隧道对岩体整体结构的改变导致地表振速产生放大效应,使得掌子面后方已开挖区地表振速比掌子面前方相应点的振速大,因此,在确定隧道掘进爆破施工方案时,必须考虑到隧道地表振速的这种放大效应,否则很可能危及掌子面后方地表建筑物的安全。     

台阶爆破微差时间对爆破效果的影响

为了研究微差时间对爆破效果的影响,运用LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序对有无微差时间台阶爆破进行数值模拟,通过峰值振速得出微差爆破有明显的降低爆破振动作用.选取双炮孔连线中点单元,通过最大主应力进行分析,得出两种工况该处最大主应力均大于岩石动态抗拉强度,对爆破效果无影响.峰值振速结合最大主应力分析扩充了爆破参数理论的研究方法,为相关爆破参数的优化提供了新的参考.     

新建隧道下穿既有道路爆破施工影响范围

以宝汉高速爆破施工为例,通过现场监测关键质点爆破振动速度,研究爆破振动对临近既有道路的影响范围.研究结果表明,爆破振动波的主频率在10~50 Hz内,不会使周围临近既有道路与其产生共振.从现场测试结果可知,由于垂直振速大于径向振速和切向振速,且垂直振动对建筑物破坏尤为显著,故在类似工况下爆破振动监测应该以监测垂直振速为主.爆破振动波对既有道路的影响范围为30 m,与理论值相符.当浅埋大断面软弱围岩隧道下穿既有道路施工爆破的安全允许质点振动速度小于2.0 cm/s时,可确保既有道路结构和交通安全.研究可为此类隧道工程的施工提供借鉴.     

软岩隧道洞口爆破振动研究

以同寨隧道深埋软岩隧道洞口为研究背景,进行了隧道爆破开挖振动监测试验。对振动数据进行了归一化处理,得到了关于深埋软岩隧道洞口爆破开挖的萨氏经验公式,为爆破开挖设计优化提供了参考价值。在爆破振动速度研究中,爆破振动速度最大水平径向分量大于最大垂直分量,而最大垂直分量又大于最大水平切向分量。达到洞口位置时,爆破振动速度呈现出明显的增加,坡表表面呈现出明显的振动放大效应。深埋软岩隧道洞口开挖振动规律与断面尺寸、隧道埋深和软岩节理分布等有关。基于现场试验结果,建议在对深埋软岩隧道洞口施工中,采用隧道常规监测与爆破振动监测相结合,同时增加围岩压力测试等选测项目,可以全面监控深埋软岩隧道洞口开挖爆破振动规律,不断调整和优化爆破参数,降低爆破对软岩的损伤,有效提高爆破效果和施工效率。     

隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究

依托某大跨高速公路隧道工程，通过监测隧道下台阶爆破过程中围岩振动响应，对比分析了掌子面前后方围岩的振速和频谱特征；采用数值模拟方法，研究了不同围岩级别的掌子面前后方围岩爆破振速衰减规律。结果表明：掌子面前方围岩振速V_Z>V_X>V_Y，掌子面后方围岩振速V_X>V_Y>V_Z；掌子面前方Z向振速显著大于后方，而后方X、Y向振速显著大于前方，前后方振动特征差异的主要原因是爆源与测点的空间距离、传播介质及边界条件的不同所引起。由于掌子面后方已开挖隧洞空气层的减振效应，导致爆破地震波在后方传播过程中发生绕射和折射，使得后方围岩的合成振速要显著小于前方且衰减更加迅速，后方围岩的振动主频要显著低于掌子面前方，且后方频谱带宽窄于前方。拟合得到不同围岩级别的掌子面前后方围岩振速预测公式，并提出考虑空气减振系数的围岩爆破振速预测公式。根据隧道掌子面与下穿的既有管线的前后位置关系，分别运用前后方围岩爆破振速预测公式计算出前后方安全药量，实现了隧道穿越管线前后全过程的精准爆破振动控制，同时又极大提高施工效率。     

复式楔形深孔掏槽爆破研究

掏槽爆破时随炮孔深度增加,岩石夹制作用增强,抛掷效果差,导致炮孔利用率降低,直接影响岩巷的掘进速度.采用数值方法对12孔复式楔形掏槽进行研究,揭示了应力波在槽腔内的传播规律,再现了炮孔底部槽腔的形成过程.研究发现采用双楔形毫秒延期爆破,炮孔底部形成2个应力峰值,有利于槽腔内岩体的破碎.同时中心孔的存在增强了破碎岩体的抛掷作用,提高了炮眼利用率.根据分析结果进行了孔深3m的现场爆破试验,10组爆破实验平均炮眼利用率为94.9%.     

青岛地铁爆破使地上建筑物受损的危险分析

针对目前越来越多的城市在隧道爆破开挖过程中损害地上建筑物的问题,本文以青岛地铁爆破工程为例,采用安全系统工程中的事故树分析方法,对地铁爆破使地上建筑物受损的危险性进行分析;同时采用TC4850爆破测振仪,对整个试验区段掏槽部位每次爆破时产生的振动数据进行监测和回归分析。分析结果表明,除了建筑物自身因素外,在爆破施工中对地表建筑物产生损害的最大影响因素为设计审核因素和具体爆破施工因素,而且98.81%的振速峰值分布在安全允许振速[v]=1cm/s以内,说明青岛地铁隧道爆破总体是安全的,爆破振动对地上建筑物的危害较小。该研究对其它类似的爆破工程振动控制和装药量控制具有重要的参考价值。     

城市公路与高架路交通诱发建筑振动实测与分析

为了研究环境振动对建筑物的影响及其在结构中传播的规律性,对某市公路与高架路及其沿线建筑物进行了实测,并从加速度时程、频谱与振级多个方面进行分析可知:由城市公路、高架路引起的地面振动分别以5～25 Hz、5～45 Hz的低频振动为主,这种低频振动在土层中随着距离的增加而衰减,传入建筑结构中会随着楼层的增加而放大,并且会诱发建筑结构内部构件的高频振动;在多层建筑结构内部,竖向振动大于水平振动,水平垂桥向振动大于水平顺桥向振动.随着楼层的增加,振动不断放大,放大倍数与结构在该方向上的刚度有关.结构的受迫振动主要源于地表振动.     

隧洞爆破引起路堑高边坡振动的1/3倍频程实测分析

杭州淳安在建高速公路工点的左线为路堑、右线为隧洞,在隧洞洞内和路堑边坡上布置振动测点,实测了隧洞爆破开挖各回次下的振速响应。对实测振速数据进行1/3倍频程滤波,获得了各频段所对应的振速均方根值,通过对比洞内和边坡测点的1/3倍频程曲线,揭示了爆破振动由隧洞传至边坡过程中,能量在不同频带的变化规律。在此基础上,利用萨道夫斯基公式拟合了1/3倍频程各频带振速均方根值随单段装药量和爆心距的变化规律,获得了洞内和边坡测点的分频段场地系数K和衰减系数α。实验结果表明:低频振动分量由于激发了边坡的"鞭梢效应"而出现高程放大现象。     

论螺旋式掏槽

井巷掘进中,一槽炮爆破的效果如何,在很大程度上决定于掏槽炮眼选择得恰当与否.在同一巷道断面条件下,采用同样的炮眼直径、炮眼深度、装药量,在相同的岩石中进行爆破时,好的掏槽炮眼排列方式能获得较好的爆破效果。合理的掏槽方式能为辅助眼的爆破创造良好的条件,就能提高一槽炮的炮眼利用率;就能增长每槽炮的有效进尺;就能使爆下的岩石块度小而均匀,石渣不会飞得过远而比较集中,有利于装岩;就能使爆破后的工作面光滑而整齐,有利于下槽炮的钻眼。相反,由于选择掏槽的方式不恰当,不仅不能按予定的目标爆下岩石影响进尺,不能按期完成任务,甚至还会给后一槽炮的钻眼爆破带来很大的不利,严重地影响到巷道断面的稳定性。正因为这样,一个好的掘进队组,总是对于炮眼排列,特别是掏槽眼的排列给予应有的重视。     

柱装药双炮孔岩石爆破模型试验

为了合理有效地利用爆炸能量,提高巷道、隧道工程的爆破掘进质量,以砂岩巷道(隧道)掘进中辅助孔、周边孔的岩石爆破为应用背景,通过柱装药双炮孔岩石爆破的模型实验,对装药结构、介质强度、炮孔间距、抵抗等因素对岩石爆破作用效果以及炸药单耗的影响进行了初步研究.试验结果表明,介质强度、不耦合系数、抵抗和炮孔间距与炸药单耗有着密切的关系,并相互作用、相互影响.空气介质对爆炸能量具有很好的缓冲和消耗作用,而水介质对爆炸能量的消耗作用随着介质强度的增大而减小.对于周边爆破,采用空气不耦合装药结构有利于减轻爆破对围岩的破坏作用;当介质强度大于35MPa时,采用水不耦合装药结构有利于提高爆炸能量的传递效率,降低炸药单耗.依据介质强度,合理选择不耦合系数、抵抗和炮孔间距,可在较小炸药单耗的情况下取得良好的爆破效果.     

深厚粉细砂场地8000 kN·m能级强夯振动衰减规律研究

为研究砂土场地强夯振动规律,减少强夯对周边环境的影响,在某深厚粉细砂场地进行8 000 kN·m强夯试验,并进行强夯振动监测,分析强夯振动随测点距离的衰减变化规律和随楼层的衰减变化规律,确定了8 000 kN·m能级强夯安全施工距离,并对隔振沟隔振效果进行振动监测.根据试验数据进行非线性拟合,得到三向合振速随距离、楼层的变化规律,在夯点处,垂向振速最大,随着距夯点距离的增加,环向振速最大,在该深厚粉细砂场地8 000 kN·m能级强夯振动下的安全施工距离为220 m;在不同楼层处,环向振速最大,在安全施工距离内,相比于框架结构,强夯振动对砖混结构的影响较大.     

浅埋超大断面隧道爆破施工引起的支护结构振动监测分析

浅埋超大断面隧道爆破施工时引起的洞内支护结构振动必须严格控制在规范容许范围内.以柳州市柳东新区某隧道项目先行洞爆破施工为背景,对洞内不同掌子面爆破施工时引起的洞内主要支护结构振动进行监测及理论分析.研究表明:双侧壁导坑法施工时,洞内初期支护部位振速远大于二衬砌施作完毕后的复合式衬砌部位振速;结合现场情况分别采用萨道夫斯基公式和日本化药株式会社公式分析了爆破施工时初期支护振动规律,发现日本化药株式会社公式更为适合当前项目;同时考虑高程效应,对公式进行了修正对比后认为,隧道内部爆破施工时,内部支护结构的振速分析和预测可以忽略高程的影响.     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法,针对屋场下采矿爆破的实际工程,分析计算了不同爆破作用圈半径大小,给出了振速与距离的关系.     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准.研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.