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。     

浅埋偏压隧道开挖爆破振动与控制技术

以密兴路改建工程火郎峪隧道工程为背景,进行掘进爆破地表振动监测与控制技术研究。监测与分析结果表明:①沿隧道横断面,偏压浅埋处地表振速最大;沿隧道开挖方向,自成洞区向未开挖区地表振速呈现递减趋势;②将大楔形掏槽改为多级小楔形掏槽,爆破振动效应与破岩效果得到有效改善;③合理布置掏槽位置,可以有效减少掏槽孔爆破对隧道偏压浅埋处的振动影响;④全面监控浅埋偏压隧道掘进爆破振动及其效应,优化爆破参数,既能有效控制爆破振害,又能保证较大循环进尺。     

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。     

仰天洞隧道爆破掘进对邻近引水渠的影响分析

为确保仰天洞隧道爆破掘进期间邻近引水渠安全,采取控制装药量与爆破时间间隔等措施降低爆破振动速度。对隧道爆破引起的引水渠振动速度进行现场监测与数值模拟分析,并给出引水渠所处地质条件下的萨道夫斯基公式。研究结果表明,引水渠切向振动速度最大,径向次之,垂向最小;底板眼单段总装药量虽最大,但振动速度较小;径向、垂向、切向最大振动速度均出现在掏槽眼处,且满足规范限值要求,可通过控制掏槽眼装药量减小隧道爆破振动的影响;数值模拟结果与现场监测结果误差较小,可采用有限元数值模拟进行隧道爆破振动影响分析。     

隧道近距下穿老旧建筑物爆破振动监测及减振技术研究

以成渝客运专线新红岩隧道为工程背景,对隧道近距离下穿老旧建筑物的爆破振动监测方法及减振技术进行了研究。通过对老旧建筑物的爆破振速进行实时监测和数据回归分析,拟合出萨道夫斯基公式中的K,α值,优化后续隧道爆破施工。相对于非电雷管,在装药量不变的情况下,采用电子雷管掏槽,振速降低50%以上,在振速、爆心距、单段药量相同的情况下,采用电子雷管掏槽,施工进尺增大70%。从布置减振孔、装药结构、微差延迟爆破3个方面提出了爆破振动控制技术,实现控制爆破振动速度在老旧建筑物的安全振速范围以内,确保了老旧建筑物的安全。     

地应力作用下不同掏槽孔角度爆破效果分析

为探究地应力作用下掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响，以贵阳市轨道交通S1线一期工程为背景，设置了多种地应力工况及不同掏槽孔角度，通过数值模拟方法对掏槽孔爆破过程进行模拟，分析了地应力及角度对掏槽爆破的影响。结果表明：地应力为抑制岩体破碎及槽腔成形，在水平应力不变前提下，垂直应力越大，抑制效果越显著；掏槽孔角度增加会扩大掏槽孔损伤面积，但角度过大会导致垂直炮孔的应力过小而影响爆破效果，当掏槽孔角度为60°时爆破效果最好。     

隧道超小净距下穿深埋供水管线爆破监测及减振技术研究

针对隧道超小净距下穿深埋供水管线的爆破监测及减振控制难题,依托实际隧道工程,提出有压大直径供水管线的爆破振动安全控制值;采用现场试验测试方法,建立隧道爆破掌子面前方围岩和掌子面后方围岩的振速关系,提出深埋地下管线的爆破振动间接监测方法——利用掌子面后方围岩振速推知前上方管线处振速;提出复杂条件下隧道超小净距穿越供水管线的综合减振爆破技术,即多级楔形掏槽+分部爆破+孔外微差延时爆破控制技术,控制管线振速在安全范围内,实现隧道能够安全、经济、快速的穿越城市建筑群和地下管线等高风险源区。     

浅埋隧道掘进爆破的地表震动效应试验研究

以渝怀铁路人和场浅埋隧道工程为背景，进行掘进爆破的地表震动效应试验。通过测量掘进爆破引起的不同位置处的地表振动速度波形，研究地表震动特性及其变化规律。试验与分析结果表明：（1）掏槽孔爆破产生的地震效应最强烈，其震动强度是其他各类炮孔爆破的2倍以上：（2）辅助孔、崩落孔和周边孔爆破引起的地表振动速度并不总是随着其单段装药量的增加而增大；（3）浅埋隧道开挖区将造成掘进爆破产生的地表震动出现“空洞效应”：（4）掘进前方的爆破地震效应可用萨道夫斯基公式进行预测，掘进后方的爆破地震波则不符合这一衰减规律。人和场隧道掘进前方的地震波衰减参数为K=232．8，α=1．90。     

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。     

贵阳市轨道交通2号线爆破施工地表振动规律研究

以贵阳市轨道交通2号线地铁爆破施工为背景,进行沿隧道爆破掘进方向的地表振动规律研究。通过监测由爆破振动引起的不同间距测点的振动速度波形,研究地表振动特性和振动衰减规律,结合现场实际装药状况和地质情况,综合分析得出以下结论:1)上导掏槽孔爆破引起的地表振动最大,也是影响地表建筑物安全的主要因素;2)将掏槽孔和辅助孔、周边孔分两次爆破能有效避免振动叠加,降低地表振速,且采用分次爆破产生的振动主频比采用孔外延时爆破产生的主频要高;3)当爆心距超过50 m时,地表最大振速减小至1 cm/s以下,对建筑物的安全基本不构成影响。     

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。     

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。     

熊渡隧道小净距段爆破振动监测与分析

结合熊渡隧道群爆破震动监控量测实践,阐明小净距隧道在爆破震动作用下的动态响应规律。结果表明：近爆源作用下的临近隧道应引入多参数的震动安全判据来执行严格的爆破控制;震动速度主要取决于爆心距和测点位置,爆心距越小震动速度越大;中夹岩墙上的爆破震动速度最大,其次是拱肩、拱脚上的测点;各测点的径向震动速度大于垂向,垂向大于切向;震动频率是径向小于切向,切向小于垂向,并且各测点切向震动速度和频率都接近于三矢量合成后的速度和频率。所以,相似条件下隧道爆破震动控制可以只监测与爆源断面相同的中夹岩墙上的径向震动,从而简化爆破震动监测。     

隧道掘进中掏槽孔爆破引起的地表振动波形预测

为了研究钻爆法隧道掘进中掏槽孔爆破对地表的影响,建立了隧道工程中掏槽孔爆破引起的地表振动波形的预测方法。首先,从弹性半无限介质中球形药包爆破引起的地表振动波形理论解出发,根据实际介质的地表振动特性构造出一个适用于实际介质且更加简洁的球形药包地表振动波形函数,并用实测数据验证构造函数的正确性;然后,将隧道掘进中掏槽孔的爆破简化为单孔柱状药包的爆破来分析掏槽孔爆破引起的地表振动波形,再利用球形药包叠加法得到简化后的单孔柱状药包爆破引起的地表振动波形函数,从而得出掏槽孔爆破引起的地表振动波形;并讨论了不同围岩等级对隧道掏槽孔引起的地表振动波形的影响;最后以大坪山隧道为背景,利用现场实测数据验证了上述预测方法的正确性。     

基于HHT分析隧道围岩结构爆破累积损伤效应

为确保隧道在循环爆破荷载作用下的使用寿命和稳定性能,提出了基于爆破振动信号分析隧道围岩结构爆破累积损伤效应的新方法。依据监测试验获取的振速时程曲线,采用HHT理论将其变换为瞬时能量谱,对比爆破振动信号波形面积方法,针对质点振动能量分析隧道围岩结构物理力学性质的强弱效应,同时应用LS-DYNA数值软件的重启动命令,通过相同节点2次爆破X方向振速时程曲线验证新方法的准确性。研究结果表明:隧道DK497+286、DK497+291、DK497+296里程点3个方向振动能量均呈现下降变化趋势,说明爆破振动累积荷载对隧道监测点处围岩结构产生了破坏作用,并且垂直方向受爆破累积损伤最为严重,因此,需要根据围岩等级和在围岩等级改变处50 m范围内增加支护强度,保证隧道围岩结构安全。     

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.     

两相近隧道竖井爆破振动监测与分析

为保证秦岭天台山隧道两通风竖井的安全,开展竖井爆破振动监测试验,在两竖井内分别布置测点,研究开挖爆破对两竖井井壁结构的振动效应。通过对典型装药段爆破引起的三向振动速度分量分析,得到了大直径竖井全断面爆破引起井壁振动的传播规律与分布特征。结果表明:先行井掏槽爆破由于仅存在一个自由面,引起爆破井内振动最大,临近井迎爆侧振动大于背爆侧,且周边爆破引起的振动最大;掏槽与第一辅助爆破引起临近竖井井壁环向与垂向振动呈现先增大后减小的趋势;竖井爆破近区,受临近先行井空洞的影响,井壁径向与垂向振动较大。研究结果对类似工程具有一定的指导意义和参考价值。     

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。     

隧道爆破振动对周边建筑物振动影响及减振措施研究

对城万快速公路通道某隧道出口临近建筑物爆破振动速度进行监测,结果表明:隧道临近建筑的垂直振速大于径向振速和切向振速,应以监测其垂直振速为主;山区建筑物大多依山而建,其后的挡土墙或土台阶可以削弱隧道爆破振动对房屋的破坏,起到隔振作用,尤其是当台阶高度大于0.5m时,其隔振效果明显增强;增设隔振沟、采用微差起爆可以起到减振作用。     

地铁浅埋隧道爆破开挖振动控制研究

以青岛地铁工程为背景,研究并提出了控制浅埋隧道爆破开挖振动的措施。文章通过对隧道掘进向不同位置的地表振动矢量合速度检测和数据分析,得到了浅埋隧道开挖爆破不同作用类型炮孔引起的地表振动特性及其衰减规律,并以此提出了爆破施工减振措施。试验与分析结果表明:开挖掌子面上不同的炮孔爆破类型其衰减规律有所不同,随着爆破起爆段别的增加,衰减公式中的K值逐渐递减;α由地质条件决定,基本保持不变;根据K、α值的大小和变化规律来调整掏槽方案、改善起爆顺序、减轻爆破夹制作用,大幅度降低了爆破振动;青岛地铁隧道采取全断面开挖时,其衰减参数K值随着段数的增从68逐渐减小到26,α值在1.4～1.6之间。