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。     

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。     

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.     

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。     

爆破振动作用下邻近埋地混凝土管道动力响应特性

为保证埋地混凝土管道在爆破施工过程的安全性,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行研究.通过建立管道拉应力峰值和振动速度峰值的函数关系,由最大拉应力强度理论得到管道的爆破控制振速.由管道不同断面最大振速与对应位置管道正上方地表振速之间关系,提出保证管道安全的地表爆破控制振速.结果表明:空管状态下,掌子面后方,管道断面底部和中部振速较为接近,顶部振速最小;掌子面前方,管道断面质点振速呈现出底部最大、中部次之、顶部最小的振动特征;沿着管道轴线方向,质点振速最大的位置出现在掌子面前方3 m管道断面底部位置.管道在空管和满水两种状态下质点振动特征基本一致,管道中水的存在能降低管道质点振速,最大降低幅度为7.3%.管道的爆破控制振速为10.84 cm/s,保证管道安全的地表爆破控制振速为4.53 cm/s.确定的爆破控制振速可以指导现场爆破施工.     

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...     

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.     

引水隧洞爆破开挖对临近隧道振动的影响及控制

针对新建引水隧洞爆破施工对临近隧道振动的影响,以深圳市石岩北引水隧洞工程为依托,运用MIDAS GTS NX有限元软件建立爆破振动模型,对邻近隧道峰值振速变化规律进行研究。结果表明：爆破峰值振速与单段最大炸药量呈线性正相关,与爆源和测点的距离呈反相关,并受到爆破区域岩性的影响。在最不利工况下,爆破施工引起的峰值振速为6.73 cm/s,大于振动预警值2 cm/s,小于规范安全要求7 cm/s。引水隧洞爆破开挖还会产生空洞效应,在掌子面前后3～4倍洞径范围内较为明显。根据数值模拟结果,在实际工程中应减小单段炸药量并采取毫秒微差错峰手段控制爆破,现场振动检测显示,临近隧道测点峰值振速为1.91 cm/s,小于规范预警值,达到安全标准,工程减振措施取得了良好的效果。     

钢筋混凝土冷却塔爆破拆除控振措施研究

在采用控制爆破方法拆除高大建筑物工程中,不可避免会对周围建筑物和设备产生一定程度的振动影响,尤其是建筑物倒塌触地冲击振动的影响.分析了高大建筑物倒塌触地振动的理论计算方法,并提出了相应的控制倒塌触地振动的措施,且简单分析了这些控振措施的控振原理,最后在爆破拆除实践工程中对这些控振措施进行了现场测试检验,测试结果表明,提出的控振措施减振效果明显,实测振速值小于理论计算振速值(最大减振幅度可以达到60%).     

浇花峪隧道爆破底板振动规律试验研究

为了研究施工隧道内底板的爆破振动规律,基于兴延高速公路浇花峪隧道上台阶爆破掘进工程上台阶爆破,在距离掘进面不同位置处设置传感器,监测爆破振动速度。利用非线性回归分析方法对振速进行分析,分析结果表明得出掏槽孔振速大于辅助孔和周边孔;掏槽孔的垂向、水平径向和切向振速拟合K,α值均大于其他炮孔爆破时的相应分量,且垂向振速最大;同一类型作用炮孔的振速三分量的α值接近。分析了药量和距离对主频的影响规律,即随着装药量增加,爆破振动的高频成分相对丰富,频谱曲线波峰较少,主要集中在低频,其衰减也较快的结论。距离增加后,频谱曲线波峰减少,频率带宽变窄,主要集中在低频区域,各频谱曲线上的相对幅值峰值向低频靠拢。     

城市隧道开挖爆破对地表建筑物影响的安全评价

以青岛胶州湾海底隧道青岛端接线工程开挖为研究对象,应用事故树分析法对可能引起地表建筑物受损的各种爆破振动因素进行定性分析,求出各影响因素的重要度,为后续监测和施工方案的调整提供理论依据.通过现场对爆破振动监测,确立振动传播衰减规律,并以此对地面建筑物进行安全性评价.研究成果对指导青岛后续地铁隧道工程开挖和保证地表建筑物安全有重要参考价值.     

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。     

隧道爆破施工对既有管道影响的有限元分析

根据爆破施工方案,采用有限元分析软件MIDAS/GTS建立新建隧道和上方输气管道的三维数值模型,分析隧道爆破过程的动态时程,得到爆破过程中上方既有输气管道的振动速度、位移、应力等分布情况.数值结果表明:爆破施工过程引起输气管道最大振速为1.7cm/s,管道应力远小于材料屈服强度.按照该爆破方案施工,爆破施工对输气管道的安全影响处于可接受范围.     

隧道爆破施工对邻近砌体结构影响的动力分析

为研究砌体结构物在爆破振动作用下的受力变形规律,采用动力有限元软件Midas/GTS,以安平高速公路马家梁隧道爆破施工为依托,建立三种砌体结构模型,求解出砌体结构物在爆破荷载下的峰值振动速度和应力.结果表明:三种砌体结构其最大振速为11.11mm·s-1,小于工程要求的2.8cm·s-1,其最大应力为415.082kPa,超过砌体结构的失效应力;在整个考察范围内,砌体结构的质点振动速度达到最大时,其受力没有达到最大,说明砌体结构在爆破荷载作用下的振动速度不代表其受力状态.     

小净距交叉隧道爆破方案研究

新建隧道从既有铁路隧道上方穿过,形成空间立体交叉隧道,两隧道最小净距为1．365m．新建隧道在距交叉点10m以外采用方案一爆破施工,10133以内采用方案二爆破施工,同时对既有铁路隧道衬砌进行了振速监测,以期指导新建隧道的爆破施工．研究表明,这两种不同的爆破方案,有效地减弱了新建隧道爆破振动对既有铁路隧道的影响,在满足既有铁路隧道衬砌安全的情况下,新建隧道最终安全通过小净距段,且没有影响工期;同时,研究发现,径向振动速度最大,且频率较低,属易破坏方向．     

盾构穿越复合地层机体振动影响因素研究

盾构法作为城市区间隧道常用的施工方法,具有工期短和自动化程度高等优点,然而当盾构机在城市地层中掘进时,会对隧道及周围土体造成振动影响,甚至会透过建筑基础造成环境振动污染。为了研究盾构掘进时机体振动的主要影响因素,以浙江省杭州市某城市道路改建工程为背景,选取盾构机在软土地层和上软下硬复合地层掘进的典型工况,分析主要施工参数和地层条件等主客观因素对机体振动的影响。研究结果表明：软土地层盾构的机体振速为０．１～１．０ｍｍ／ｓ,上软下硬复合地层的机体振速为０．４～２．５ｍｍ／ｓ,上软下硬复合地层竖向振速峰值有显著的增加趋势;盾构机扭矩和总推力是盾构机振动的主要影响因素。     

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.     

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.     

立井冻结黏土爆破对井壁的振动影响研究

立井采用冻结法施工时,冻结黏土爆破产生的振动易引起井壁破裂,从而造成安全事故。以赵固二矿立井冻结黏土爆破掘进工程为背景,运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立模型,研究不同掏槽药量、地应力条件、中空孔数量工况下爆破振动对井壁产生的影响。结果表明：井壁测点振速与掏槽药量成正比,掏槽药量从16 kg增加至64k g,振速从9.53 cm/s增加至35 cm/s,增大了3.67倍;中空孔可减弱爆破冲击荷载对井壁的振动影响,且井壁振动速度与中空孔半径成反比;地应力在1～3 MPa变化时,井壁振动速度与地应力成正比。现场爆破方案数值模拟得出：采用1,3,4,5段电雷管毫秒延时爆破时,冻结黏土爆破产生的应力波主要沿井壁竖向传递;4段辅助孔爆破对井壁的振动影响最大,约为5段周边孔爆破的3.5倍,在距离掘进面13.3 m处,4段辅助孔产生的拉应力最大为0.425 MPa,不会对井壁混凝土结构产生破坏。分析方法和研究结果可为同类型条件深大立井冻结黏土爆破施工提供参考。     

隧道爆破开挖产生地表震动效应的数值模拟

为了研究隧道在爆破开挖过程中产生的爆炸冲击波对地表的影响,依托辽宁省丹东市郊附近的爱民山隧道,利用ANSYS有限元软件建立三维模型,经过动力计算得到地表一些特殊点的震速波形图,采用数值模拟方法分析了隧道爆破开挖产生的地表震动效应.结果表明：隧道上方地表的最大震速为32.3 mm/s,小于规定数值,所以地面建筑物是安全的;由于纵波在固体介质中的传播速度快于横波的传播速度,X方向的震速峰值较Y方向出现滞后性,滞后约100 ms;由于空洞效应的存在,导致处于隧道已开挖区的地表震动速度大于未开挖区的地表震动速度,在距离爆源15～30 m处空洞放大效应最为明显.