小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响,以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景,根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式,采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律,将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析,验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系,提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9%,与现场监测数据最大相对误差为7%,验证了理论公式的准确性;后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关,围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧,2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距(D为隧道净距),此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍;爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近,随着净距增大,先行洞对后行洞的影响逐渐减弱,最终忽略不计;爆破作用下,围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系,保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm/s,研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。     

断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题。以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据。结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速衰减幅度普遍大于相邻围岩段;隧道二衬剪应力峰值位于拱顶处,拉应力峰值位于拱脚处;结合应力与振速关系,建立基于二衬极限强度的爆破振动安全判据,分析得到隧道衬砌在断层带影响下更容易失稳,在龙南隧道爆破条件下衬砌爆破安全振速为10 cm/s,爆破施工单段最大药量为23.89 kg。     

钻爆法地铁隧道开挖对地下管线的影响

钻爆法地铁隧道施工对临近管线的影响目前研究较少。利用FLAC3D软件施加爆破荷载,研究地铁隧道开挖时周边管线的应力位移的变化。通过改变地表振速来体现爆破荷载的变化,研究不同爆破强度下管线应力位移的变化。同时在研究中,考虑管线与隧道平行及管线与隧道垂直两种位置关系。研究结果表明:由于管线对地层沉降的抵抗作用,当管线与隧道垂直时,管线的竖向位移小于二者相平行时的,但拉压应力大于二者相平行时的;地表振速在1.2~2.4cm/s时,管线内拉压应力增长迅速,当振速达到2.7cm/s,管线拉应力并未达到接头填料拉应力限值;振速在1.45~2.0cm/s范围内,管线位移增大明显,振速达到2.7cm/s后,管线竖向位移超过工程限值;随着地表振速的增大,管线竖向位移斜率不断增大。管隧平行时,振速增大到2.3cm/s后,位移斜率增长速度加快。     

钻爆法地铁隧道开挖对地下管线的影响

钻爆法地铁隧道施工对临近管线的影响目前研究较少。利用FLAC3D软件施加爆破荷载,研究地铁隧道开挖时周边管线的应力位移的变化。通过改变地表振速来体现爆破荷载的变化,研究不同爆破强度下管线应力位移的变化。同时在研究中,考虑管线与隧道平行及管线与隧道垂直两种位置关系。研究结果表明:由于管线对地层沉降的抵抗作用,当管线与隧道垂直时,管线的竖向位移小于二者相平行时的,但拉压应力大于二者相平行时的;地表振速在1.2².4cm/s时,管线内拉压应力增长迅速,当振速达到2.7cm/s,管线拉应力并未达到接头填料拉应力限值;振速在1.452.4cm/s时,管线内拉压应力增长迅速,当振速达到2.7cm/s,管线拉应力并未达到接头填料拉应力限值;振速在1.45².0cm/s范围内,管线位移增大明显,振速达到2.7cm/s后,管线竖向位移超过工程限值;随着地表振速的增大,管线竖向位移斜率不断增大。管隧平行时,振速增大到2.3cm/s后,位移斜率增长速度加快。     

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。     

片岩隧道爆破对本洞和邻洞围岩的扰动分析

隧道爆破扰动会引起本洞或邻近隧道的围岩振动和应力重分布,致使既有隧道的结构遭受破坏,从而危及行车安全。为探究隧道开挖引起的截面围岩质点振速峰值和拉应力峰值的关系及其分布规律,结合十白高速公路碳质片岩隧道爆破工程,运用LS-DYNA软件对连拱隧道掘进爆破和单隧道掘进爆破工况进行了计算,探明了典型截面围岩质点振动峰值和动拉应力峰值分布特征,分析得出了在爆破近区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向之间相互垂直及其分布规律,在爆破中远区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向相同并在一定范围类存在比例关系,为隧道开挖过程中最佳测点布设提供理论依据,并能为类似实际工程提供参考依据。     

隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆动力响应特征及安全控制研究EI北大核心CSCD

明晰隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆的动力响应特征,保证锚杆支护系统的安全稳定是隧道高效建设及安全运行的关键。基于龙南隧道各级围岩爆破开挖工程,采用动力有限元数值模拟软件ANSYS/LS⁃DYNA,分别建立不同围岩级别、不同注浆龄期砂浆锚杆爆破开挖动力有限元计算模型,分析隧道爆破作用下各部位砂浆锚杆的动力响应特征与失效机制。研究表明,各级围岩爆破开挖时,隧道拱顶的锚杆振动速度与轴力均最大,锚杆部件端部为最危险点,沿隧道轴线方向,锚杆的振动速度与轴力均随爆破距离的增大而不断衰减;各部位的锚杆峰值振速随着注浆龄期的增加而减小,轴力随注浆强度的增加而减小,其剪力值也会减小;拱顶锚杆的轴力值与峰值振速具有线性关系,其与围岩级别以及龄期的大小有关,根据锚杆安全轴力可以计算得到不同围岩级别、不同养护龄期隧道爆破开挖砂浆锚杆的安全控制振速。     

邻近隧道爆破震动对既有隧道影响的研究

运用有限元的基本理论 ,采用ANSYS软件对既有隧道受邻近隧道爆破震动影响进行了研究。分别就不同围岩类型、不同隧道间距情况下既有隧道的振动进行了分析。结果表明 :既有隧道迎爆面边墙的振速最大 ;围岩越稳固 ,振速越小 ;当间距小于 1倍的隧道直径时 ,隧道衬砌的振速会超过允许值 ;围岩的振速与至爆源距离的关系是非线性的     

浅埋隧道爆破振动空洞效应研究

浅埋隧道掘进过程中爆破震动速度存在空洞效应,导致地表振动速度存在区域性变化的特点,主要表现为已开挖隧道地表的振速具有放大现象。采用数值模拟的方法,对浅埋隧道爆破振动空洞效应进行了数值模拟研究,得出以下几个结论:(1)振速放大系数随着离爆源水平距离的增大先有一个增大过程,当增大至最大值后,振速放大系数会逐渐减小;(2)隧道埋深对振速放大系数有明显影响,随着隧道埋深的变浅,振速放大系数逐渐变大,且振速放大系数增大的幅度会逐渐变小;(3)隧道断面尺寸对振速放大系数有着较大的影响,随着断面尺寸的增大,振速放大系数不断增大。     

高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应尺寸效应

为研究爆破振动作用下高密度聚乙烯（high-density polyethylene,HDPE）波纹管动力响应的尺寸效应,采用现场预埋管道的爆破试验及动力有限元数值计算相结合的方法,通过振动监测结果分析HDPE管道动力响应数值计算模型的可靠性;在此基础上,建立相同条件下不同管径HDPE管道的数值模型,研究尺寸效应影响下的埋地管道动力响应特征。研究结果表明：在爆破振动作用下,管道各截面迎爆侧的振速和von-Mises有效应力均大于管道背爆侧,管道振速峰值出现于管道底部;随着管径的增大,管道振速与有效应力会随之减小;管道有效应力与峰值速度之间、管道振速与地表振速之间均具有函数关系;根据HDPE管道相关规范中最大的允许压力,可得到管径为40,50,60,80和100 cm的HDPE波纹管（空管）在类似岩土层条件下地表爆破控制振速为分别为22.5,20.91,19.70,17.91,16.64 cm/s。     

不同爆破开挖工况下盾构管片的响应分析

为分析联络通道爆破开挖时盾构管片的动力响应,基于青岛地铁8号线盾构区间工程,进行了现场振动监测,得出掏槽爆破对管片的振动影响最为强烈的结果。进而基于现场掏槽孔装药量利用MIDAS-GTS NX模拟软件建立三维模型,对联络通道出洞、进洞8种不同间距爆破作用下盾构管片的振动、应力的响应规律进行分析,得出：在相同的爆破间距下,相比于进洞爆破,出洞爆破对临近盾构隧道管片的振动影响更为强烈,最大振动速度是进洞爆破的2.9～3.4倍,且随间距的减小振速递增幅度增大;在安全允许振速20 cm·s^-1下,出洞爆破时爆破间距应大于5.0 m,进洞爆破时爆破间距应大于1.25 m,未开挖部分岩石采用非爆破法进行开挖;开口管片应力集中明显,最大主应力的位置随间距的减小,表现为矩形开口底部,到矩形开口侧边的横纵缝相交处,最后到矩形开口上部的两侧顶角;对联络通道与盾构隧道近接交叉部位管片的进行切割,形成的开口不完整结构会减弱自身内侧在爆破荷载下的最大主应力,但会造成自身外侧产生小范围的应力集中,使其成为盾构隧道衬砌结构最为薄弱的位置。     

新建隧道爆破施工对既有裂缝病害隧道的动力响应分析

针对相邻隧道爆破施工中对既有裂缝病害隧道带来的不利影响,以既有新岭隧道旁拟建新隧道的具体工程为依托,在充分调研分析既有隧道裂缝病害类型及分布规律的基础上,采用数值分析方法,对不同分布部位(拱顶、拱腰、边墙)、不同扩展深度(1/4、2/4、3/4)及不同围岩级别(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)下的裂缝影响进行研究。结果表明:裂缝对既有隧道二衬的影响主要集中在应力方面,对振速影响很小;既有隧道裂缝扩展越深对结构越发不利,当扩展到3/4二衬厚度,相较于完整工况,既有隧道断面最大拉应力值增加0.35 MPa,增幅达35%;裂缝部位位于临近新建隧道侧边墙处时,对结构影响最大;既有隧道所处围岩条件越差,振速和应力越大,同时裂缝处应力放大效应随围岩变差而增大,较于完整工况,最大放大倍速为1.62倍。     

PE管道的爆破振动响应规律及灰色关联度分析

为了降低隧道爆破施工对既有埋地PE管道造成的振动危害,有必要在施工前了解影响管道振动效应的各种因素。根据现场实测数据,采用MIDAS GTS NX软件建立岩土体-隧道-PE管道三维数值模型,并将现场监测结果和数值模拟结果进行对比分析,验证数值模型的可靠性。分析得出：爆破振动作用下土体弹性模量、泊松比和管径的增加会使管道的最大振速增大;因为地表自由面叠加作用的原因,管道埋深的增加使管道最大振速先减小后增大。运用灰色关联度理论,确定了4种不同因素对管道振动效应的影响程度,主次关系为：土体弹性模量>管道埋深>土体泊松比>管道直径。准确地了解各因素对管道振动的影响程度能够更好的对隧道爆破施工时PE管道的安全性进行评估,为工程实际施工提供参考。     

下穿隧道爆破地震作用下埋地输气管道的动力响应规律研究

以下穿兰成渝输气管道的西安至成都客运专线仙女岩隧道爆破为背景,根据现场实测振动数据,采用LS-DYNA3D方法和掏槽孔爆破的等效药包原理,建立能反映输气管道与其周围土体相互作用的三维动力有限元模型,分析爆破地震波引起的埋地输气管道的动力响应规律,包括不同隧道埋深、管道直径与管道壁厚对管道振动特征及其响应动应力的影响规律。研究结果表明:爆破地震作用将引起埋地输气管道下部压缩、上部拉伸的动力响应;在隧道埋深20 m、掏槽孔总药量为14.4 kg同时起爆的条件下,直径512 mm、壁厚8 mm输气管道的最大轴向压应力和最大轴向拉应力分别是9.57 MPa和7.76 MPa,仅为管道屈服强度的1.99%和1.61%,相应的管道地表振速为15.28 cm/s;爆破地震作用引起的输气管道动应力随着隧道埋深的增加而显著降低,而管道直径的增加或壁厚减小都会引起管道动应力增大;管道上方地表土体的振动速度随着管径的增大而减小,管壁厚度对管道和土体的质点振动速度基本没有影响。     

断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题.以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据.结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速...     

中硬岩管沟爆破对近距离既有管道的影响

为研究中硬岩管沟爆破时10~20 m范围内既有并行管道所受到的影响,进行现场爆破试验,并采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件来研究既有管道的地表质点振速峰值和管沟成型效果,得出适用于中硬岩地段管沟开挖的爆破参数,并分析了既有管道迎爆面和背爆面的振动响应。研究表明:管沟爆破试验的振速均能保证既有管道的安全,试验2^#的爆破参数更适合中硬岩岩石;垂直地表方向（Y方向）的质点振速峰值最大,且振动速度随着爆心距的增大呈非线性减小;既有管道在迎爆面受到的扰动大于背爆面,迎爆面Y方向的应力、振速均最大。     

基于C型聚能管的聚能水压光面爆破技术原理及应用

针对常规光面爆破存在的问题,依托栾卢高速公路碾盘隧道现场施工,详细分析了聚能水压光面爆破技术原理,阐述了第二代C型聚能管的结构特点、技术优势、装置组装流程及装药结构,并开展了聚能水压光面爆破技术现场试验研究。理论分析证明:在空气-水复合介质作用下,聚能水压爆破冲击波到达孔壁时的应力较常规光面爆破时增大,围岩振速降低。侵入岩体后,成缝过程可分为聚能射流切缝阶段、岩体压碎阶段、裂缝发育阶段、裂缝扩展阶段、最终成缝阶段。现场试验及工程应用表明:与常规光面爆破相比,采用聚能水压光面爆破技术时,周边眼间距增大,炮孔利用率提高约16.69%,半眼痕率增加约40.47%,最大超挖降低约49.88%,围岩平均峰值合振速降低约48.96%,有效保护了围岩稳定性,且爆破效果得到显著改善。     

大断面小净距隧道原位扩建爆破振动控制

为控制原位扩建隧道爆破开挖对邻近运营隧道结构安全的影响,以国内罕见的大帽山大断面小净距隧道原位扩建施工为背景,从炸药直接起爆的角度,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了邻近运营隧道情况下隧道原位扩建爆破效应的数值计算模型,分析了爆破应力波在围岩和运营隧道衬砌中的传播规律。数值分析表明:围岩破坏应变的大小对计算结果影响较大,通过数值模拟与爆腔尺寸经验公式计算结果的比较得到了围岩的合理破坏应变值;运营隧道迎爆面拱顶及侧墙中部动力响应显著,邻近运营隧道衬砌的破坏主要是由质点振速超过安全允许值造成的;通过不同装药量爆破数值模拟结果的分析,提出了大帽山隧道原位扩建爆破最大段的控制药量。     

爆破开挖作用下HD工程地下洞室围岩动力响应特性研究

地下洞室爆破开挖有可能会对开挖洞室本身和邻近洞室产生不利影响,故有必要研究爆破作用下地下洞室围岩动力响应特性,以便于对地下洞室的开挖进行安全评价。结合HD工程地下洞室爆破开挖实例,对实测爆破振动数据进行分析,从中选取合适的数据对爆破荷载进行反演,并采用FLAC 3D数值计算软件对爆破开挖作用下地下洞室围岩动力响应进行模拟和研究。结果表明:爆破作用会对爆源近区有限范围内、有限时间段内的围岩应力及位移分布造成一定的影响,对爆源远区及邻近洞室的应力及位移分布总体规律影响并不显著;随着爆源距的增加,岩体振速峰值衰减明显,而当爆源距较大时,振速峰值衰减趋势相对平稳;相邻洞室岩体振速相对较小。     

浅埋连拱隧道爆破的数值模拟

运用ANSYS/LSDYNA软件,建立三维隧道整体模型,考虑自重应力,选取不同的围岩级别、不同的炸药当量等6种工况,分别计算后行洞掌子面爆破的浅埋连拱隧道速度场分布和应力场分布,得出最大震速和最大主应力峰值沿横向和纵向分布规律,分析爆破对先行洞隧道仰拱和中隔墙的影响,得出围岩级别和炸药当量与震速峰值和最大主应力峰值之间的基本关系,对确定先行洞二衬施做时机、浅理连拱隧道工程实践具有一定的参考价值.