复杂环境下隧道爆破施工控制技术

随着隧道建设的日益增多,由于环境的限制,出现了许多复杂环境下的隧道工程。为确保复杂环境下隧道的爆破施工安全,结合隧道的建设,对隧道爆破近区振动进行测试研究,揭示隧道爆破近区围岩振动规律,用以指导隧道爆破施工。为了降低隧道爆破振动,进行了隧道电子雷管爆破降振试验、隧道电子雷管和导爆管雷管联合降振试验,电子雷管爆破产生的振动比导爆管雷管产生的振动降低70%,并给出了适用于不同隧道围岩的隧道电子雷管爆破关键参数。研究并给出了隧道施工中广泛使用的喷射混凝土和砂浆锚杆在隧道爆破施工中的安全振动标准,同时也研究了隧道无支护条件下的安全振动标准,基于爆破近区振动传播规律,给出了隧道爆破施工时的具体措施。     

隧道爆破近区爆破振动测试研究

 隧道掌子面附近围岩的稳定性对施工人员和隧道自身的安全至关重要,实践证明,由隧道爆破远区振动数据得出的围岩振动规律不适用于爆破近区。因此,测试隧道爆破近区围岩的振动、研究隧道掌子面附近围岩的振动规律是隧道钻爆施工安全的重要保证。以贵阳-广州铁路棋盘山隧道为工程背景,在隧道掌子面后方隧道拱顶5 m范围的围岩内安装定制的速度传感器,测试隧道拱顶部位围岩的爆破振动速度;利用隧道中导洞的开挖,在中导洞掌子面正上方和侧面2 m范围的围岩内安装定制的速度传感器,测试掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动速度;研究隧道掌子面后方隧道拱顶、掌子面正上方和侧面围岩的爆破振动规律。研究成果对隧道钻爆施工具有一定的指导意义。     

翻坝高速公路寨子包隧道施工爆破振动研究

山区公路隧道施工开挖主要采用爆破法,爆破产生的振动必将对隧道产生影响,但目前隧道施工爆破对围岩初期支护、二次支护和围岩的影响研究较少,为此,以翻坝高速公路寨子包隧道施工爆破为例,通过对隧道爆破振动测试分析,获得了该隧道施工爆破振动规律经验公式。依据寨子包隧道的特点,给出了其控制标准,由控制标准和经验公式,得到了该隧道围岩和支护结构的爆破控制参量。最后结合寨子包隧道的实际爆破情况,提出了该隧道的爆破振动控制措施。     

地铁列车振动对既有矿山法隧道衬砌裂缝的影响研究

由于现场测试工作的困难,列车振动对运营隧道衬砌既有裂缝的影响研究很少见诸报道。本文通过现场实验的方式,从动态应变和振动加速度两个方面进行分析,研究列车振动产生的周期性荷载对衬砌裂缝的影响规律,重点测试隧道全断面的振动特性。通过研究得出结论如下:列车通过测试断面时,隧道拱顶动态应变幅值小于边墙动态应变幅值,幅值相差为15%左右。衬砌裂缝在列车振动影响下表现出非连续介质的特性,即裂缝存在瞬时拉伸现象,而没有出现回弹到裂缝原宽度以内现象,衬砌裂缝受到的"撕扯作用"使得裂缝宽度和深度不断发展;隧道边墙垂向振动大于隧道拱顶垂向振动,隧道拱顶垂向振动大于隧道拱腰垂向振动;列车振动引起隧道结构裂缝的"撕扯作用"主要集中在50Hz、350Hz、480Hz、650Hz、720Hz频段附近。因此,想要减小列车振动对隧道结构裂缝的影响,就需要采取相应的减振措施,减小以上频段的振动量。     

爆破振动对既有隧道安全影响分析

在天长岭隧道施工过程中,确保临近既有隧道的安全,运用现场爆破监测技术对临近隧道的振动速度振动主频持续时间进行监控。通过爆破数据拟合,确定不同围岩下最佳炸药用量,使既有隧道振动速度符合规范要求,对于毫秒延迟爆破,用总药量拟合爆破振速方程更符合工程要求;由于工程地质复杂多变,隧道线性施工,不同地质情况下爆破振动频率不尽相同,仅对围岩等级相同的情况下分析不同爆心距与峰值振速下既有隧道拱脚处测点爆破振动主频预测,为工程临近隧道安全爆破提供参考。     

湖北省十白高速公路宋家湾隧道爆破振动监测分析

十白高速公路宋家湾隧道为连拱短隧道,隧道爆破会对既有隧道的围岩稳定性造成较大的影响。为确定合理的爆破装药量以确保围岩在爆破振动时的稳定性,通过现场监测,得到了隧道爆破围岩的振动速度与振动频率,由此提出了确保工程稳定的合理装药量,研究成果为隧道的顺利施工提供了科学依据。     

掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律研究

为明晰掏槽孔爆破作用下隧道掌子面应力传播与衰减规律,借助爆破试验分析隧道掌子面在掏槽孔爆破作用下水平方向、竖向和斜向的振动速度变化规律,同时采用ANSYS/LS-DYNA模拟掏槽孔爆破作用下隧道围岩同一截面内应力传播特点。研究结果表明：隧道掌子面边缘测点振动速度大于距爆源近测点振动速度,最小爆源距测点振动速度大于中间位置测点振动速度;隧道掌子面的拱顶和拱肩位置振动速度较大,上部测点振动速度大于下部测点;隧道掌子面应力主要集中在水平方向和竖向,纵向应力较小,水平方向和竖向应力变化时刻主要集中在0～5 ms,水平方向应力传播范围更广;隧道掌子面炮孔下方测点应力大于同爆源距上方测点。相关结论可为类似隧道动力响应分析提供参考。     

地铁隧道掘进爆破对人行天桥影响研究

以乌鲁木齐轨道交通1号线中营工站—小西沟站区间地铁隧道工程为研究对象,研究了城市复杂环境下区间隧道掘进爆破设计和振动监测。根据爆破振动监测结果,分析了隧道上方地表振动传播规律以及人行天桥桥墩振动及其频谱特性,据此调整爆破设计方案、优化爆破设计参数、改进施工工艺,有效降低了隧道掘进爆破对上方4跨连续箱梁人行天桥扩大基础及两侧建筑物的振动影响,确保地铁隧道爆破在城市复杂环境下施工安全。     

浅埋隧道掘进爆破振动特征研究

浅埋隧道掘进爆破振动特征有别于其他类型的爆破,作者根据浅埋隧道掘进爆破振动监测数据,拟合得到了泰山花岗岩中地面振动速度的变化规律。应用小波分析方法分析了浅埋隧道掘进爆破的振动频谱及能量分布特征。其研究对丰富地震波传播理论、指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。     

基于中厚圆柱壳理论的地铁隧道结构振动特性分析

以土介质中的地铁隧道为研究背景,首先利用考虑横向剪切变形的中厚圆柱壳理论建立了隧道结构的振动方程,其次利用均匀、各向同性、线弹性介质的Navier’s波动理论建立了隧道周围土体的运动方程,在此基础上,利用波传播方法,通过接触面连续条件建立了考虑土层-隧道结构动力相互作用的隧道结构振动控制方程,继而利用其频散特征方程,对隧道结构的振动特性进行了分析,并与基于薄壳理论、有限元理论的相应结果进行了对比,验证了方程的有效性,进而就隧道半径、壁厚、长度以及隧道埋深对隧道结构振动特性的影响进行了分析。     

城市超浅埋小净距隧道爆破振动响应特性研究

为分析浅埋小净距隧道爆破引起地表及临近先行隧道振动的影响,开展爆破振动现场监测实验,得到了各典型爆破段引起地表及已开挖隧道迎爆侧的振动传播规律。结果表明：地表及邻近隧道对应爆破掌子面前后25m范围内,前方质点速度大于后方,但后方各点的振速衰减比前方快;地表各测点振动速度垂直方向分量最大,切线方向与径向方向相近,已开挖隧道迎爆侧边墙各测点径向方向分量最大,为垂向和轴向的1.5～4.0倍;掏槽和扩槽爆破时受岩石夹制作用大,引起地表和已开挖隧道振动速度相对较大,辅助和周边装药段爆破振动较小;并依据国家《爆破安全规程》,对隧道易破坏位置进行了分析。研究成果可为同类隧道爆破开挖与振动控制提供参考。     

高速公路扩建大断面特小净距隧道爆破稳定控制技术研究

 以国内罕见的大帽山隧道为工程背景,结合国内现有研究成果和规范,研究新建隧道爆破施工时确保既有运营隧道安全稳定的控制技术。以现代信息化施工理论为依据,充分运用现场监控量测,将既有隧道质点振动速度的临界值确定为20 cm/s,对既有隧道爆破质点振动速度进行监测、回归分析和爆破参数的优化;最终现场监测结果表明,优化后的最大装药量等爆破参数设计合理,该爆破设计在现阶段未对既有隧道安全产生较大影响;同时,运用数值模拟的方法,得到中夹岩和既有隧道壁面的质点振动速度随时间的变化规律,所得最大振速符合规范要求,验证该次爆破设计是合理的。通过数据分析得出隧道肩部的振动速度是隧道底部的1.19～3.99倍,隧道腰部的振动速度为隧道底部的1.10～3.11倍,迎爆侧振动速度为背爆侧的5～10倍。该研究成果为今后类似隧道工程的爆破掘进工程在理论上和施工方法上提供参考借鉴。     

小净距隧道围岩的爆破振动影响规律研究

小净距隧道后行隧道爆破施工会引发相邻先行隧道围岩振动,振动强弱与隧道净距和单次炸药量相关,通过工程现场监测和数值模拟相结合的方式,对隧道净距的影响规律展开研究。结果表明,小净距隧道后行隧道掌子面起爆时,相邻先行隧道迎爆面拱腰处围岩爆破振动速度最大,最大振速随隧道净距的增大而不断减小,随单次炸药量的增大而增大。当Q/R³＜1×10^-3时,后行隧道掌子面爆破对先行隧道围岩的爆破振动影响可忽略不计。对先行隧道围岩最大振速进行萨道夫斯基公式拟合,得到小净距隧道相邻先行隧道Ⅲ级围岩最大振速预测方程中的场地系数K=8.73,衰减系数α=0.83。     

轨道交通运行引起的隧道结构振动测试研究

为了研究宁波轨道交通1号线运营引起的环境振动,对隧道内列车运行引起的钢轨、轨枕和隧道壁振动进行实测,从时域、频域、时-频域及振级四个角度对测试数据作了全面的评估与分析。结果表明:钢轨振动以500Hz以上的高频振动为主;轨枕无明显振动优势频率;隧道壁振动以200Hz以下的低频振动为主;在列车经过时,轨道交通1号线钢轨的Z振级约为122d B,轨枕约为92d B,隧道壁铅垂向约为75d B,横向约为82d B;在客流高峰期,各测点Z振级增加3~5d B。可以为轨道交通的减振措施及隧道结构的长期振动沉陷预测提供理论依据。     

小净距隧道爆破振动规律研究——以石尾隧道为例

小净距隧道具有造价相对较低、有利于整体线性优化等优点,在公路短隧道设计中被广泛采用.小净距隧道施工工艺相对连拱隧道较为简单,但鉴于隧道的中岩墙厚度相对较小,在采用钻爆法施工过程中,爆破不仅会影响掘进隧洞围岩稳定性,亦会对相邻隧洞结构稳定性产生一定影响,进而影响隧道施工安全.本文以在建小净距石尾隧道为例,在先行洞右洞掌子面爆破施工时,通过对左洞距爆破掌子面不同距离测点进行爆破振动测试,研究了左洞围岩及其结构在爆破振动后的振动波速变化规律.根据爆破振动监测结果及分析可动态调整爆破方案与参数,确保爆破施工安全性.石尾隧道的爆破振动规律研究成果对公路小净距短隧道的爆破施工具有一定参考意义.     

浅埋隧道爆破开挖及其振动效应研究

 以密兴路火郎峪隧道工程出口段开挖为研究背景,进行隧道爆破开挖和地表振动监测试验研究。分析结果表明：(1) 沿隧道开挖方向,自成形隧道区向未开挖区,地表爆破振动速度逐渐降低;浅埋隧道爆破开挖振动波传播规律与其断面尺寸、隧道埋深、开挖方法以及围岩地质条件等有关。(2) 掏槽孔爆破振动控制是降低浅埋隧道振害的关键,使用多级小楔形掏槽能有效改善爆破振动效应与破岩效果。(3) 全面监控浅埋隧道掘进爆破振动效应,优化爆破参数,能有效控制爆破减振害,提高施工效率。     

地表交通荷载引起邻近浅埋隧道振动评价研究

为研究地表交通荷载引起邻近浅埋隧道振动问题,建立地表移动荷载下三维弹性半空间中隧道振动分析模型。隧道衬砌模拟为中空圆柱体,隧道周围土体模拟为含有圆柱形空腔的黏弹性半空间。地表车辆荷载简化为4个均布矩形荷载,矩形荷载可以分解为关于隧道轴线正对称和反对称2种荷载分量。含有圆柱形孔洞的地基中位移场分解为下行平面波引起的位移场和外行圆柱波引起的位移场,通过波场转换可对地表和衬砌–土体接触处的边界条件进行描述,在频域中获得控制方程基本解,然后利用快速Fourier变换获得时域结果求得。地表车辆荷载下邻近隧道的振动响应可由正对称和反对称荷载工况下的结果叠加得到。计算结果表明:隧道两侧车辆荷载在隧道处引起径向动应力最大值分布在以竖向为中心的-45°～45°范围;增加隧道埋深或车辆距隧道的水平距离,可显著减小隧道的振动速度响应和应力响应;一定隧道埋深下,车辆荷载与浅埋隧道的水平距离达到最小安全距离时隧道振动可以满足相关振动规范的要求,且该安全距离跟车辆速度在研究范围内呈线性关系。     

隧道掘进爆破震动放大效应试验研究

通过渝怀铁路人和场浅埋隧道掘进爆破现场试验,进行隧道特殊位置处质点振动特征研究.以实测振速波形为基础,分析掌子面前后的地表振动速度和隧洞内变断面处的质点振动速度变化规律.对试验研究成果的分析发现,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,使得成洞区地表的振动速度是未开挖区对称位置处的1.310～2.056倍,特别是掏槽爆破的振动放大效应更为明显;在隧道断面由小变大处,同样存在对爆破引起的质点振动速度的放大作用,其放大倍数达1.5～2.1以上.为此,应注意避免隧道掘进爆破的振动放大效应对施工产生的不利影响.     

佛祖坳隧道施工爆破监控与分析

以佛祖坳隧道项目为背景,通过对隧道爆破振动监测数据回归分析,求得本隧道最大单段爆破药量经验公式,并据此检算和控制每次爆破允许最大单段爆破药量,并提出爆破振动相关控制和保护措施,以确保施工中爆破振动不超过规定的范围。     

控制爆破技术在临近既有隧道中的应用

新云山寺隧道邻近既有隧道水平间距最小23m,周边环境复杂,临近既有隧道施工采用爆破开挖时,会产生爆破振动,较大的爆破振动会对既有铁路隧道安全造成影响,以新云山寺隧道控制爆破为例,阐述控制爆破技术在邻近既有隧道开挖中的应用,收集相关数据为类似工程借鉴。