复杂立交隧道爆破开挖参数设计及动力响应分析

针对双洞平行隧道钻爆法施工上跨多条既有隧道这一复杂施工条件,通过理论计算确定了合理的光面爆破开挖参数,结合现场监测数据对双洞新建隧道上跨爆破施工影响下临近和既有隧道支护结构的震动响应规律进行了研究。结果表明:爆破作用下隧道衬砌结构的迎爆面是最危险面,这一位置的振速较其他位置要高,施工中需要重点监测;爆破冲击荷载作用下的隧道衬砌结构三个方向的振动速度大小不同,但是变化规律基本相同;依据衬砌结构的振速判断其稳定性与安全性时,应采用节点三向振速的合速度;爆破冲击下相邻、相交隧道衬砌结构的最大振速小于规范中的允许值,支护结构处于安全状态,表明爆破施工方案合理可行的。研究成果可以为类似条件下隧道施工提供借鉴。     

小净距地铁隧道爆破动力特性与破坏模式研究

小净距地铁隧道爆破极易引起先行洞衬砌开裂、剥落现象,具有很大施工风险.以在建青岛地铁小净距隧道为例,建立三维有限元动力模型,研究先行洞衬砌振动速度、应力状态以及能量时程.后行洞爆破对先行洞衬砌迎爆侧边墙影响最大,最大振速达到15mm/s.振速峰值时刻均＜5μs,可采用微差爆破控制地震波叠加效应,避免过大振动破坏.先行洞衬砌迎爆侧边墙衬砌混凝土主要呈振动破坏和剪切破坏;拱顶主要为横向拉伸破坏,易出现纵向拉伸裂纹,先行洞衬砌边墙能量密度远大于拱顶.在施工时,应确保迎爆侧边墙厚度和配筋率.     

爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析

在救援通道爆破掘进施工中,为了确保邻近金山顶隧道的安全,运用现场测试技术与数值法探讨了爆破振动对邻近高铁隧道衬砌结构的振动影响。其中数值分析表明既有隧道迎爆侧受水平应力波为主,径向振速明显大于垂向振速;迎爆侧从拱顶至墙脚,径向振速先增后减,墙腰处最大,拱脚处次之,墙脚处径向振速大于拱顶处;垂向振速呈现先减小后增大趋势,拱顶处最大;既有隧道衬砌墙腰处受拉应力最大,易出现拉伸破坏。最后基于动力弹性理论,依据现场测试数据振速和混凝土动应变的关系,通过线性拟合确定了爆破施工过程中隧道衬砌安全条件下爆破振动速度不大于6 cm/s。     

爆破对运营地铁隧道影响的动力特性分析

通过三维有限差分程序FLAC 3D有限元法分析毫秒延时爆破对运营地铁隧道结构的动力影响特性,分别对大、小两种形状断面的隧道进行模拟计算。模拟结果认为:隧道周边衬砌处水平振速大于垂向振速,隧道迎爆侧振速远大于对称的另一侧。隧道迎爆侧是爆破振动控制应关注的重要部位。     

小净距新建隧道爆破对运营隧道的影响与控制

大帽山小净距新建四车道隧道扩建施工对邻近运营隧道的安全构成威胁。考虑运营隧道的初期支护作用,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立新建隧道爆破效应在邻近运营隧道传播的数值计算模型,分析新建隧道爆破施工对邻近运营隧道的影响规律与药量控制标准。分析表明:小净距新建隧道爆破施工主要对邻近运营隧道迎爆面衬砌的侧墙顶部、中部及墙脚有重要影响,运营隧道的破坏首先是由迎爆面侧墙中部质点振速超过安全允许振速值造成;振速数值模拟结果与实测数据拟合公式计算结果基本一致。通过不同装药量爆破结果的分析,提出了新建隧道爆破的控制药量值。可为隧道扩建及小净距隧道施工提供参考。     

近接爆破施工对下伏铁路隧道振动影响的监测分析研究

以厦门北动车运用所新建刘塘隧道上跨既有铁路隧道为工程背景,首先介绍机械/钻爆混合开挖方法在隧道近接施工中的应用;进而通过爆破振速的实时监测,分析研究近接爆破施工对下伏既有隧道的振动影响。实测分析研究表明:1)新建隧道采取机械/钻爆混合开挖方案,可显著降低爆破振动效应对下伏既有隧道的不利影响;2)爆破位置对于振动效应的影响明显,背爆测振动效应明显小于迎爆侧,迎爆侧能量损耗更小故而振速更大且振速分布更为离散。3)多次爆破扰动引起岩体累计损伤较大,故拱顶测点数据反演所得α值与规范建议值相比偏大;同时负高程对爆破振动效应存在缩小效应,故边墙测点数据反演所得K值与规范建议值相比偏小。     

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。     

基坑开挖爆破对临近地铁隧道影响研究

文章以重庆某临近既有隧道基坑开挖爆破为工程背景,采用FLAC3D有限元分析软件,探讨了在爆炸荷载作用下既有隧道支护锚杆及衬砌结构的动力响应。研究结果表明:迎爆侧隧道锚杆轴力要大于背爆侧,表明爆破荷载对迎爆侧隧道影响较大;锚杆轴力分布并不均匀,中部最大,向两端逐渐减小;迎爆侧和背爆侧隧道锚杆轴力均为拱顶最大,向拱脚逐渐变小,体现出相似的变化规律;衬砌节点不同方向振动速度差异较大,X方向最大,Y方向最小;迎爆侧拱脚位置最为不利,压应力和拉应力均最大。     

立体交叉隧道爆破振动影响因素正交试验研究

随着我国交通网的逐渐密集,由于地质条件的影响、既有建(构)筑物的限制以及地下空间综合开发的需求,交叉隧道中新建隧道爆破振动对既有高速铁路线路的影响不可忽略。以立体交叉隧道为研究背景,针对新建隧道下穿既有隧道净距、围岩级别、埋深以及交叉角度4个重要影响因素进行敏感性分析,基于正交试验原理设计了16种试验工况并进行数值计算。通过对既有隧道关键部位的爆破振动速度进行分析研究,研究结果表明：根据既有线隧道各关键部位的爆破振速情况及监测断面各测点的振速极差分析发现,4种影响因素中,净距为最敏感因素,而随着爆源距离的增加,净距对爆破振速的影响程度显著减小,敏感性逐渐降低;立体交叉隧道迎爆侧振速随着交叉角度由0°～90°的逐渐变化,影响程度呈现先减小再增大再减小的变化规律,且围岩条件越差,影响程度越大,而埋深的影响并不显著;既有线隧道仰拱处爆破振速相较于其他部位测点数值较大,而拱顶的爆破振速最小,即在立体交叉段爆破时仰拱相比于其他部位更为危险,应适当加固。     

新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响分析

为研究新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响,以重庆轨道交通9号线一期工程观音桥站施工通道为例,采用有限元数值分析法建立爆破模型,模拟既有的重庆轨道交通3号线区间隧道在爆破荷载作用下引起的振动速度及岩土应力分布情况。结果表明:新建施工通道爆破开挖引起既有区间隧道结构的振速最大值为1.38 cm/s,控制在1.50 cm/s以下;同时,对等效应力云图的分析可以看出,模拟爆破产生的应力较小。可见新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响较小,风险可控,建议施工过程中加强对既有轨道交通区间隧道迎爆侧及拱顶位置的监测。     

青岛小净距海底隧道爆破振动响应研究

介绍青岛胶州湾海底隧道的工程概况和邻近隧道爆破控制的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215m×86.1m×60m的数值计算模型,对后行隧道上台阶掏槽眼的爆破效应进行分析。采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。以控制点振速峰值和塑性区体积为标准对施工方案进行优选,分析认为施工中应尽量减小各掌子面纵向间距、严格控制掘进进尺和装药不耦合系数、施作中空孔。用优选的方案进行研究并得出结论:爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15m之内;施工洞和服务洞的围岩振动影响较大,且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方,在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作;施工洞拱部、先行洞迎爆面边墙是爆破振速峰值最大的部位,施工洞拱部出现了应力集中现象和拉应力区,施工中应加强支护。     

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。     

二衬厚度对隧道爆破振速及冲击应力的影响

以福建南平狮子山隧道为依托,通过MIDAS/GTS有限元程序对不同二衬厚度情况下后行隧道爆破时先行隧道二衬的振速及衬砌应力进行了数值模拟。结果表明,迎爆侧拱腰处其X方向,即水平并垂直隧道轴线方向振速最大;随着二衬厚度的增加,最大振速在一定程度上逐渐减小,二衬X方向上的最大应力却基本不变。     

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。     

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。     

地铁隧道钻爆法施工对邻近埋地管道影响的模型试验研究

以大连地铁隧道工程为背景,开展室内相似模型试验,综合考虑装药量、爆心距等影响因素,对地铁隧道钻爆法施工时岩体和邻近埋地管道的振动特性及管道动力响应规律进行研究。研究结果表明:相同爆破荷载作用下岩体和管道振动特性存在差异,管道最大振速小于岩体最大振速,振动衰减时间稍有差别;管道与岩体的最大振速之比与比例装药量呈非线性增加关系,为描述这一规律,定义管土最大振速传递系数和管土相对刚度系数,建立适用于各种管道和岩体的最大振速传递系数公式;管道最大动应力和最大振速呈线性增加关系,利用这一结论,提出综合考虑管道疲劳强度设计值和现行振速控制值的管道安全控制标准,并确定C30混凝土管道的振速安全控制标准为2.5 cm/s。     

锚碇式隧道爆破振动效应数值试验

为了研究南溪长江大桥锚碇隧道后续洞掘进爆破时隧道围岩的振动特征,采用动力有限元(LS-DYNA)数值计算的方法,对锚碇隧道后续洞掌子面开挖至隧道轴线27 m处的工况进行了数值计算,将计算结果与现场实测数据进行了对比分析,证明了数值计算的可行性。根据数值计算结果对隧道中隔岩墙的振动特征进行分析可以得到以下主要结论:先行锚碇隧道迎爆侧水平向的峰值振动速度最大。随着距离爆破掌子面轴向距离的不断增大,先行洞迎爆侧边墙上各监测点在三个方向上的振速峰值分量越趋近于一致。后续洞掘进爆破引起的在中隔岩墙上的最大振速峰值的位置位于掌子面掘进方向上约1 m左右。在后续洞进行爆破开挖时,振速峰值均随着距离掌子面轴向距离的增大而减小,并且沿隧道掘进方向的衰减速度比反方向的衰减速度慢。     

近距离穿越古迹隧道爆破施工爆源参数优化

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件研究了监测节点受循环进尺长度和掏槽型式影响的动力响应规律,并结合现场测振系统的反馈数据优化施工方案;为验证优化方案的施工效果、进一步探究振动波传播规律,利用小波时频分析研究了影响主振频率、幅值及振速幅值的主要因素。结果表明:不考虑山体崖面影响,循环进尺为2 m、3 m时,爆源垂直对应的监测节点振速峰值由1 m循环进尺对应的“谷底”位置转变为“坡顶”位置,但总体仍表现为循环进尺越大,隧道爆破对监测点的影响越大;考虑山体崖面时,越靠近出洞口崖面,各监测节点振速峰值受隧道洞室影响的变化规律逐渐消失;而相同掏槽型式下,循环进尺的减小能有效地降低主振频率的集中范围。     

立体交叉隧道近距离爆破振动控制研究

青岛地铁新建2号线和3号线区间隧道立体交叉处净距仅有0.2 m,矿山钻爆法施工新隧道对既有隧道的振动影响较大。因上部3号线隧道等待铺轨,在确保交叉段既有隧道安全稳定的同时,还需保证新建隧道的施工速度。结合现代信息化施工技术,利用爆破振速衰减规律对既有隧道爆破质点振动速度监测值进行拟合分析,合理预测质点振动峰速并及时反馈指导施工,根据爆破掌子面与交叠点的距离分阶段从减少单段装药量、控制安全距离等手段优化了现有爆破方案。然后提出了掏槽区打空孔减振和拱顶取芯隔离带两种减振方案,通过FLCA3D动力模型分析验证了拱部隔离带的减振效果,控制了最大振速,在既有隧道质点振速不超过报警值的情况下,保证了新建隧道安全、快速地通过交叠区段。     

复线隧道施工爆破对既有隧道结构的影响分析

结合襄胡二线新刘家沟隧道实际工程,通过对既有花果隧道的四次爆破振动测试分析及一次爆破验证,说明爆破振动的参数设计是合理的,质点的振动速度能够客观反映现场的地质状况和衰减规律,新建隧道施工爆破对爆心距最小的左边墙影响最大.随着测点与爆心距的增大,质点振速衰减明显,质点振动幅值依次减小.建议在新建隧道洞口段进行分段爆破,限制每次爆破最大段装药量,以保证既有隧道结构的稳定安全和正常运营.