双临空面条件下隧道爆破近区振动波形构造与应用

近年来基于单孔爆破振动数据进行微差振动合成计算是研究的热点。为解决第二临空面形成后波形计算问题,以莲塘小净距隧道为工程背景,设计现场爆破试验获取双临空面下单孔波形;利用小波包变换分析实测波形的优势频带,将单孔波形分解为各优势频带的多个子波;通过拟合得到炮孔药量、爆心距与各频带子波最大振速峰值的函数;利用该函数获取全部炮孔在不同频带的子波,叠加所有频带子波构造出各孔单孔波形;由此计算炮孔位置、药量变化下不同微差爆破合成振动波形,得到最优孔间延时。结果表明:计算所得合成波形与实测波形在频率组成和波形趋势上相吻合,各振速峰值误差小于0.3 cm/s;周边孔延时为6～7 ms时减振效果最佳,现场应用效果良好。     

基于改进的线性叠加法和岩石破碎效果的最优延期时间分析

延期时间的优选对于矿山爆破振动的控制以及爆破技术经济效果的保障都至关重要。改进的线性叠加法可用于研究爆破振动质点峰值振速(PPV)与不同延期时间的关系。首先，利用傅里叶级数来表示实测单孔爆破振动波形；其次，在傅立叶级数展开式的系数和相位中加入随机变量生成指定数量的单孔爆破振动波形；再次，利用蒙特卡洛模拟计算0 ms到250 ms之间每个延期时间对应的PPV均值，得到PPV随延期时间变化曲线。实例分析结果表明：若以距离爆源531 m处的民房为保护目标，以0.45 cm/s为峰值质点振速控制标准，7 ms以上的延期时间均可选择，并且当延期时间增大，PPV呈减小趋势。结合矿山岩石破碎效果试验，大块量随米延期时间增大呈先减小后增大的抛物线变化规律，其最小值出现在米延期为7 ms/m处。若以爆破振动监测所在矿山的6 m孔距算，其岩石破碎最优延期时间约为40 ms。综合爆破振动蒙特卡洛模拟结果和矿山岩石破碎效果试验结果，得到该矿山爆破最优延期时间可选择为40 ms。     

电子雷管在紧邻建筑物深层隧道中的应用

为了降低紧邻建筑物的深层隧道爆破振动峰值,运用电子雷管进行了多次爆破振动实验。选取3个典型的上台阶爆破振动波形进行了分析,在设置孔间或排间延时间隔时,不仅要考虑振动波从爆源到测点的传播时间,还要考虑因地质的不均匀性而吸收振动能量并在软硬交界面反射到测点形成振动值更大的波峰波谷。运用错峰减振原理,考虑单孔爆破振动波传播时间及主振周期及反射波主振周期,多次进行孔间及排间分组组合实验,得到掏槽孔和扩槽孔间延时间隔时间为7¹2ms时,能使后续反射振动波形错峰减振到最小,且孔间及排间延时时间不宜过大,尤其是掏槽孔及扩槽孔间延时间隔时间较小时,减振效果较好。     

电子雷管在紧邻建筑物深层隧道中的应用

为了降低紧邻建筑物的深层隧道爆破振动峰值,运用电子雷管进行了多次爆破振动实验。选取3个典型的上台阶爆破振动波形进行了分析,在设置孔间或排间延时间隔时,不仅要考虑振动波从爆源到测点的传播时间,还要考虑因地质的不均匀性而吸收振动能量并在软硬交界面反射到测点形成振动值更大的波峰波谷。运用错峰减振原理,考虑单孔爆破振动波传播时间及主振周期及反射波主振周期,多次进行孔间及排间分组组合实验,得到掏槽孔和扩槽孔间延时间隔时间为7~12ms时,能使后续反射振动波形错峰减振到最小,且孔间及排间延时时间不宜过大,尤其是掏槽孔及扩槽孔间延时间隔时间较小时,减振效果较好。     

考虑电子雷管延期误差的隧道爆破叠加振动研究

复杂环境下的城区隧道爆破对振速要求严苛.为了研究电子雷管延期误差对多孔延时爆破叠加振动的影响,以重庆市观音桥隧道为背景,基于Anderson叠加理论,以四孔掏槽爆破为例,以0.1 ms为误差微元,采用枚举法遍历计算考虑延期误差时所有可能起爆时间组合的叠加最大振速,分析研究不同孔间延时下延期误差对叠加振速的影响,以及不同延期精度对叠加振速的影响.研究结果表明:在考虑电子雷管±1 ms延期误差时,各延时的叠加最大振速几乎均有不同程度的增加,有无延期误差的叠加振速差值整体上随孔间延时增大而减小;孔间延时相同时,电子雷管延期误差对较大药量的叠加振速影响更大,1.2 kg药量的叠加振速最大差值为0.32 cm/s,1.4 kg药量的叠加振速最大差值可达1.03 cm/s;叠加最大振速随电子雷管延期精度变化大致符合线性增长的规律.当隧道爆破要求控制在低振速水平时,需要通过计算选择叠加振速受电子雷管延期误差影响较小的孔间延时.     

多因素耦合影响下隧道电子雷管爆破参数的计算与实践

基于电子雷管起爆的参数计算方法是爆破控制精准化和智能化的基础,其研究尚处于起步阶段。以重庆观音桥隧道为研究背景,提出了精确确定电子雷管爆破参数的多因素耦合法,其特点是基于多个爆破参数间复杂的耦合关系进行爆破参数设计。研究表明:不同药量的最优微差时间不同,爆破孔数对最优微差时间及对应最大合成振速有显著影响;采用该方法确定的试验隧道最优爆破参数为8孔逐孔掏槽、1.4 kg单孔药量、5 ms孔间延时。现场设计孔间延时为5 ms和8 ms的两组掏槽爆破试验,分析了两种孔间延时掏槽爆破的第二临空面形成时间。试验结果表明:对于短延时掏槽爆破而言,即使未形成第二临空面,采用多因素耦合法,通过最大程度的波形异向相消,也可以实现较好的降振效果。对比多因素耦合法与半周期错相减振法,后者计算的孔间延时不能确保是最优微差时间,可能造成合成振速偏大。当需要严格控制爆破振动时,通过多因素耦合法可以实现爆破参数的精确设计。     

延时时间对地表振动叠加效应的影响

为了得到非电雷管和电子雷管的合理延时时间进而控制地表振速,以厦门抽水蓄能电站的进场通风兼安全洞的延时爆破为背景,通过现场实测数据和理论公式分析了不同延时时间对地表振动叠加效应的影响。根据实测数据,分析了隧道掘进中毫秒延时爆破和半秒延时爆破地表振动波形的叠加效应,可知非电雷管的误差导致毫秒延时爆破中不同段的地表振动波形形成叠加;而半秒雷管虽有误差,但延时时间较大,不同段的振速波形之间相互独立。利用理论计算探讨了本工程中第1段掏槽孔和第2段掏槽孔在不同延时时间下的振动波形叠加情况,给出了叠加振速放大、叠加振速减小和无叠加产生的几种情况。依据理论和实测振速波形的叠加效应,分别提出适合本工程的毫秒延时非电雷管和电子雷管的合理延时时间,可为类似的隧道延时爆破提供借鉴。     

毫秒延时爆破振动叠加作用的数值模拟研究

首先进行了单孔爆破地震波数值模拟,其波形变化规律与相关研究相吻合。在此基础上进行了两孔延时间隔为0～25ms的爆破振动波形叠加作用的数值模拟,并讨论了两种不同延时间隔理论的可行性和实用性。研究表明,即使延时间隔不足1/5倍主震周期,毫秒延时爆破的振速也低于齐发爆破的振速;当延时间隔约为1/2倍主震周期时,存在部分测点振速低于单孔爆破振速的现象,但由于爆破振动周期不规则变化,其降振的可靠性不高;当延时间隔大于地震波持续时间时,可避免前后地震波主震段叠加,从而将多孔毫秒延时爆破振速降低至单孔爆破的振速。     

复杂敏感环境城区隧道爆破振动及噪声控制技术

为了避免和减少隧道爆破振动及噪声对复杂敏感环境城区的影响,以珠海板障山新增隧道为例,采用数值模拟和现场爆破试验的方法,对不同掏槽眼延期时间下既有隧道迎爆侧进行爆破振动监测。发现掏槽眼延期时间4 ms时,既有隧道迎爆侧爆破振速最小。同时,针对隧道进口段周边建筑物繁多、爆破噪声大、飞石迸溅的问题,进行了炮孔封堵和防飞石的试验。设计发明了一种新型炮孔堵塞装置,在装药量增大情况下,爆破噪声能够控制在允许范围内。在洞口采用联合防护门帘,减少了飞石迸溅的风险。可为复杂敏感环境城区隧道爆破振动和噪声控制提供参考。     

武汉地铁区间隧道下穿建筑物爆破振动控制技术研究

为有效控制爆破振动对周围建筑物的扰动,研究爆破振动传播规律,结合现场环境和爆破器材,对武汉地铁纸坊大街站-小镇站区间隧道左线下穿建筑物区段进行爆破方案优化设计,并在建筑物地表设置监测点对爆破振动进行监测,然后通过10次监测所得数据分析爆破振动传播规律。结果表明:通过分台阶爆破、松动爆破、直孔掏槽、周边密集减振孔、空气间隔装药以及延时爆破等优化设计,将振动速度峰值控制在安全允许振速2.5 cm/s以下;中台阶、下台阶爆破时因上部存在自由面会有部分能量散失到空气中,导致工作面正上方测点振速减小,因此峰值振速随爆心距的增大先增大后减小。该工程技术可为其他复杂环境下的爆破工程提供参考和借鉴。     

孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术

为寻求台阶爆破降振效果最佳的孔间延时时间,借助ANSYS/LS-DYNA程序对台阶爆破在不同延时起爆时间条件下产生的爆破振动进行了数值模拟对比分析,并通过试验进行了验证。数值模拟和试验结果表明:在浅孔台阶爆破中,爆破降振效果最佳的孔间延时时间为5 ms;在深孔台阶爆破中,爆破降振最佳的孔间延时时间为7～10 ms。实际爆破施工中,不同的岩石条件下、不同的爆破参数时,数码雷管减振的最佳孔间延时应该在5～10 ms区间范围,应根据实际情况进行调整。研究成果解决了复杂环境下的爆破振动危害控制难题,研发的孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术,为爆破振动控制要求严格的工程设计和施工提供参考和借鉴。     

孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术

为寻求台阶爆破降振效果最佳的孔间延时时间,借助ANSYS/LS-DYNA程序对台阶爆破在不同延时起爆时间条件下产生的爆破振动进行了数值模拟对比分析,并通过试验进行了验证。数值模拟和试验结果表明:在浅孔台阶爆破中,爆破降振效果最佳的孔间延时时间为5 ms;在深孔台阶爆破中,爆破降振最佳的孔间延时时间为7～10 ms。实际爆破施工中,不同的岩石条件下、不同的爆破参数时,数码雷管减振的最佳孔间延时应该在5～10 ms区间范围,应根据实际情况进行调整。研究成果解决了复杂环境下的爆破振动危害控制难题,研发的孔间超短延时台阶爆破干扰降振技术,为爆破振动控制要求严格的工程设计和施工提供参考和借鉴。     

基于叠加和频谱分析的电子雷管延期时间研究

为了确定电子雷管的最佳延期时间,在莲塘超小净距隧道电子-导爆管雷管混合爆破中,通过MATLAB编程对爆破振动波形进行了分析。用四种不同的奇异性检测法对雷管的实际起爆时刻进行了识别,继而从整个波形中截出单孔波形。对截出的每个单孔波形进行线性叠加分析和频谱分析,重点讨论了合成波形振速峰值最小、较小和最大时对应的延期时间和主周期间的联系。研究表明:对于雷管起爆时刻的识别,小波变换模极大值法和EMD识别法较瞬时能量法和时能密度法精确,但是前两者存在选择最佳变换尺度和IMF主成分分量的主观过程;合成波形振动峰值最小、较小和最大时对应的延期时间与单孔波形主周期间存在紧密的联系。当延期时间为主周期的0.4倍～0.7倍、1.4倍～1.7倍和2.4倍～2.7倍时,合成波形峰值振速最小或较小,说明错相减振是可行的。当延期时间为主周期的0.9倍～1.2倍时(除延期时间为1 ms的情况外),合成波形峰值振速最大,各单孔波形叠加增强。此次试验研究确定的电子雷管最佳延期时间为6 ms;同一场地同一方向上的单孔波形主频基本不变,而在不同方向上有所不同。     

基于ANSYS/LS-DYNA的竖井掏槽延时爆破研究

为了探究小间距地下在建构筑物爆破施工对既有地下结构的影响,以米仓山竖井及隧道工程为例,从竖井掏槽孔延时爆破的角度,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,针对既有隧道的降振效果进行了一系列的数值模拟。模拟结果表明:当多个掏槽孔同时起爆时,爆破地震波的传播易受传播介质及传播距离的影响,且爆破地震波具有明显的主振段;延时爆破可实现多个爆破波不同程度的叠加消能情况;当延时时间为2 ms,即为主振周期的一半时,既有隧道降振效果十分显著;延时时间大于主振周期时,降振效果同样明显,但主振区持时也相应拉长,可能会为隧道带来长持时的塑性破坏;此外,竖井掏槽时间的确定应结合结构的破岩效果进行考虑。     

武汉地铁区间隧道下穿建筑物爆破振动控制技术研究

为有效控制爆破振动对周围建筑物的扰动,研究爆破振动传播规律,结合现场环境和爆破器材,对武汉地铁纸坊大街站-小镇站区间隧道左线下穿建筑物区段进行爆破方案优化设计,并在建筑物地表设置监测点对爆破振动进行监测,然后通过10次监测所得数据分析爆破振动传播规律。结果表明:通过分台阶爆破、松动爆破、直孔掏槽、周边密集减振孔、空气间隔装药以及延时爆破等优化设计,将振动速度峰值控制在安全允许振速2.5cm/s以下;中台阶、下台阶爆破时因上部存在自由面会有部分能量散失到空气中,导致工作面正上方测点振速减小,因此峰值振速随爆心距的增大先增大后减小。该工程技术可为其他复杂环境下的爆破工程提供参考和借鉴。     

隧道爆破新自由面形成时间的识别与应用EI北大核心CSCD

隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播,能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性,难以确定新自由面的形成时间,揭示其作用规律。为解决该问题,提出新自由面形成时间的识别方法,借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形,一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形;二是按照现场延时间隔,基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形。通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)分别计算两组波形全时程的累积能量,分析两条累积能量曲线,以差异特征点作为新自由面形成时间。现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程,发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低3个阶段。对比分析短延时(<10 ms)和长延时(>10 ms)爆破条件下的计算振速和累积能量,确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。     

台阶爆破逐孔起爆网路的设计与应用

将导爆管雷管用于逐孔起爆网路设计中，结合雷管段别设置和延期误差，确定出25 ms（MS2）、50 ms（MS3）作为炮孔的最佳延期时间；利用正态分布概率模型进行定量分析，得到该延期时间能够提高地震波干扰降振的概率,避免多孔齐发、后排先爆现象的发生；结合Visual Basic编程语言和计算机辅助设计（CAD），开发了台阶爆破逐孔起爆网路设计系统，实现延时爆破网路设计的可视化和智能化。经实践表明:该系统设计的起爆网路，爆后岩石块度均匀，大块率低，爆破振动明显降低，无飞石、滚石侵限的发生，爆破效果良好。     

精确延时控制爆破试验及振动信号分析

为进一步完善爆破振动强度预测模型理论、实现爆破振动危害的主动控制,结合隆芯1号数码电子雷管,开展室内精确延时控制爆破试验,采用基于小波变换的时-能密度法识别出实际段间延期时间分别为4.8ms、4.8ms、15.2ms、15.3ms,与试验设计段间延期时间相对误差小于4%。结果表明:基于小波变换的时-能密度法能有效识别微差爆破实际段间延期时间;利用信号的时域移位特性,通过时频转换,从微差爆破振动信号中成功分离出各分段振波,并按实际段间延期时间依次叠加各分段振波,从峰值振速、主振频率、能量分布等角度,定量分析得到合成波与原始波形间各细节特征误差均在工程允许范围内。结果表明基于时-能密度法的微差爆破振动信号分离法具有较高分离精度。     

数码电子雷管在泄洪排沙洞爆破中的减振特性研究

为了降低爆破振动强度、控制爆破振动危害,根据爆破形成振动波的相互干扰叠加,在施工场地进行爆破振动试验。采用数码电子雷管,选用普通导爆管雷管作为对照组,在距掌子面15 m、30 m、45 m、60 m处布置监测点,进行了四组不同方案的振动速度变化规律的研究。利用数码电子雷管的精确延时特性,通过前三个组合的现场试验研究,取得泄洪排沙洞使用数码电子雷管洞挖爆破相对最佳的孔间、排间延时间隔时间组合为第二组合的成果：掏槽孔从上到下对称两孔同时起爆,上下孔孔间延时8 ms;其余主爆孔对称安排(从隧洞断面中间向外侧)逐孔从上到下(顶拱从左到右)起爆,孔间延时16 ms;所有排间延时间隔均为100 ms;边顶拱光爆孔和底板光爆孔间隔100 ms,并实现了波峰错相叠加的减振效果。试验结果表明：爆破参数是降低爆破振动强度的关键;在距爆源距离相同的情况下,采用数码电子雷管的质点振动速度峰值明显小于普通雷管,采用数码雷管的主频高于采用普通雷管;数码雷管可大幅度降低爆破振动强度、提高爆破振动的主频。该工程技术在河南洛宁抽水蓄能电站泄洪排沙洞爆破施工中取得了显著的减振效果。     

地铁隧道小净距下穿地下洞室振速控制研究

为控制地铁隧道爆破在小净距下对人防洞室的有害振动效应,以武汉市地铁5号线隧道的爆破掘进工程为依托,基于ANSYS-Lsdyna平台,通过建立地铁隧道掏槽孔延时起爆的三维数值模型,研究掏槽炮孔的电子雷管最佳延时设置时间,结合对比分析数值模拟和隧道爆破振动监测数据,采用等效弹性边界的载荷加载的数值模拟方法,能够有效地模拟复杂环境下地铁隧道掏槽爆破振动,能较好地模拟隧道爆破对小净距下人防洞室的振动规律。对掏槽孔而言,隧道不同级掏槽起爆适宜合理时间为10 ms,同一级掏槽起爆合理延时时间为6 ms,合理最大单段药量为0.6 kg。