城区复杂环境下地铁隧道爆破掏槽方式优化

爆破振动控制是复杂城区环境地铁隧道爆破施工中的重点关注问题，而掏槽爆破往往是在隧道爆破中产生的振动强度最大。结合武汉地铁7号线北延线(前川线)爆破工程背景，综合数值模拟及现场测试验证方法，计算对比分析了单楔形掏槽、四直孔掏槽和双楔形掏槽三种掏槽方式下爆破振动强度，提出了基于爆破振动速度控制的地铁隧道掏槽爆破优化方式。研究结果表明：在单楔形掏槽、四直孔掏槽与双楔形掏槽三种掏槽爆破方式下，沿隧道开挖轴线方向，三种掏槽方式具有相似的传播规律，在0～10 m范围内，x向(水平径向)峰值振动速度随着与掌子面距离不断增加而减小，在0～-5 m范围内，x向(水平径向)峰值振动速度随着与掌子面距离不断增加而不断衰减，当地表质点与掌子面水平距离超过5 m时，x向(水平径向)峰值振动速度整体趋势表现为先上升后下降。隧道左导洞上台阶已开挖区对地表振动速度具有放大效应，即存在“空洞效应”;垂直于隧道开挖轴线方向，x向(水平径向)峰值振动速度在隧道左右两侧分布规律大致相似，且随着与原点水平绝对距离的增加而逐渐减小，隧道左导洞上台阶存在临空面，使隧道左侧x向(水平径向)峰值振动速度大于隧道右侧；由于采用延时起爆方...     

隧道爆破对顶部桩基的扰动影响

当拟建隧道顶部5 m以上有桩基时,需要考虑爆破开挖对桩基的影响。通过火风山隧道爆破试验研究,针对拱顶2~20 m的围岩内部质点振动和声波检测,证明掏槽爆破和周边眼爆破对围岩振动损伤最强。当掏槽区炮孔起爆8 ms时差、周边眼炮孔起爆4 ms时差时,对围岩内部振动损伤降低到最小,说明采用电子雷管控制爆破可使顶部围岩的扰动处于安全范围。实际隧道顶部4 m以上围岩纵波波速几乎没有下降,最大质点振动速度小于8 cm/s,对于隧道顶部5 m以上的桩基底部基岩影响轻微。     

小净距公路隧道爆破震动观测与分析

基于小净距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值与主振频率分析,展开了基于小净距公路隧道的爆破震动观测与研究。首先介绍了测线与测点布置原则,并阐述了爆破震动观测及其结果,得出了相应的质点振动速度峰值衰减经验公式及v-ρ关系曲线。结果表明,半断面、下上台阶和全断面爆破等三种不同隧道施工开挖方式所得出的不同的观测结果,质点振动速度峰值最大值通常出现在同一断面的墙中与顶板位置、径向方向和爆心距最小位置发生处,对应主频分布在15~75Hz,主要集中在22~50Hz。结论指出,质点振动速度峰值与对应主振频率与爆破方式以及爆心距密切相关,爆破规模与爆心距对爆破地震效应影响程度很大,隧道开挖中的全断面爆破有利于减小和控制爆破震动。     

连拱隧道中导洞不同起爆位置振动效应研究

为研究隧道掘进爆破炮孔不同起爆位置振动效应,在连拱隧道中导洞开挖过程中开展相关试验研究,并基于CEEMDAN-小波包对监测到的爆破振动信号进行降噪处理。研究表明：1)采用CEEMDAN-小波包法对爆破振动信号进行去噪,重构,能有效保留爆破振动信号真实信息;2)炮孔不同起爆位置质点峰值振速,反向起爆>中间起爆>正向起爆;振动频率大小范围,正向起爆>反向起爆>中间起爆,其中正向起爆的频率分布更广,且具有多个峰值,有利于能量朝高频转移;3)对重构后的爆破振动信号进行Hilbert变换,发现隧道掏槽段爆破瞬时能量关系为：反向起爆>中间起爆>正向起爆;随着雷管段别的增加,反向起爆和正向起爆波形较宽、质点峰值振速较大,中间起爆振动波形较窄、质点峰值振速较小;4)对比分析炮孔不同起爆位置破岩块度,反向起爆更为均匀,效果最佳。     

隧道下穿匝道爆破振动控制技术及效果分析

桐庐隧道下穿杭新景高速公路桐庐互通匝道,围岩软弱,埋深浅,必须严格控制爆破振动,保证匝道安全。通过采用单循环进尺1.5 m短台阶,掏槽孔装药长度1.4 m,孔内外微差相结合,孔内采用跳段导爆管雷管,掌子面中心区域炮孔采用1段联接,周边区域采用9段、11段串联联接,实现了地表爆破振动强度小于10 cm/s的安全标准。分析匝道地表爆破振动强度监测数据发现:(1)掌子面爆破时,掌子面拱顶地表位置的振动强度并一定最大;(2)隧道开挖形成空洞,产生空洞效应现象,使得开挖部分上方的地表振动强度大于未开挖部分;(3)隧道埋深越大,爆破振动放大系数越小,空洞效应越弱。     

浅埋隧道爆破施工对邻近水坝安全的影响分析

隧道开挖爆破振动对邻近建构筑物安全造成的影响不容忽视。以成贵高铁豆子湾浅埋隧道下穿既有水库段(近接水库坝体)施工为背景,通过对地表及坝体的现场振动监测,分析爆破地震波的振动特征及衰减规律,并采用水工规范振动控制标准对坝体振动安全进行分析。结果表明:受夹制作用和装药集中程度等因素影响,浅埋隧道掏槽爆破时振动最为强烈;控制掏槽孔装药量、合理的掏槽孔布置和装药结构是决定隧道开挖爆破震害的关键;隧道爆破施工时坝体顶部最大的振动速度仅为0.45 cm/s,远小于坝体允许爆破振动速度,故采用台阶法进行隧道开挖爆破施工可以确保坝体安全。     

小净距公路隧道爆破震动观测与分析

基于小净距的南方某公路隧道二期工程爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值与主振频率分析,展开了基于小净距公路隧道的爆破震动观测与研究。首先介绍了测线与测点布置原则,并阐述了爆破震动观测及其结果,得出了相应的质点振动速度峰值衰减经验公式及v-ρ关系曲线。结果表明,半断面、下上台阶和全断面爆破等三种不同隧道施工开挖方式所得出的不同的观测结果,质点振动速度峰值最大值通常出现在同一断面的墙中与顶板位置、径向方向和爆心距最小位置发生处,对应主频分布在15⁷5Hz,主要集中在2275Hz,主要集中在22⁵0Hz。结论指出,质点振动速度峰值与对应主振频率与爆破方式以及爆心距密切相关,爆破规模与爆心距对爆破地震效应影响程度很大,隧道开挖中的全断面爆破有利于减小和控制爆破震动。     

密集型塔基桩孔开挖控制爆破技术

针对泸定大渡河特大桥塔基桩孔布置密集的状况和开挖区基岩节理裂隙发育的特点,应用短进尺、锥形掏槽的减震光面爆破技术进行直径2.8 m圆形桩孔的全断面掘进。尤其是在桩孔间净距仅为3.2 m时,采用锥形掏槽逐孔毫秒延迟起爆技术,并通过在掏槽中心空孔内布设0.1~0.2 kg的抛渣药包后于掏槽孔起爆,达到提高爆破效果、减弱爆破振动目的。在详细给出桩孔开挖控制爆破技术措施、爆破参数和施工方法的基础上,利用现场实测数据进行爆破效果、振动效应和围岩稳定等分析。工程实践表明:锥形掏槽逐孔毫秒延迟起爆技术能使邻近桩孔围岩的爆破振动强度得到有效控制,开挖爆破在邻近桩孔内产生的最大峰值振动速度小于10 cm/s,满足围岩安全振动控制标准;爆破前后桩孔围岩波速的平均下降率3.74%,远小于技术规范规定的10%的声波下降率量化标准;桩孔单循环爆破进尺约1.2~1.3 m,开挖壁面平整,基本没有超欠挖,保持了围岩的完整性和稳定性。     

菱形楔形混合掏槽爆破的数值模拟研究与应用

为了提高隧道在坚硬岩石条件下深孔爆破的掘进效率,首先提出了菱形楔形混合掏槽技术,计算了掏槽爆破技术参数;然后采用数值模拟研究了混合掏槽的爆破成腔过程及应力波的传播规律,实现了槽腔过程的可视化,并提取了关键部位的有效应力峰值;最后进行了现场应用试验。研究表明:该掏槽方式形成了多级多段掏槽,增加了爆炸应力波对坚硬岩体拉伸压缩破坏的次数,有利于破碎坚硬岩石;菱形掏槽炮孔侧面单元的有效应力峰值上下波动小,能量分布平均,能减弱炮孔过长引起的岩石夹制作用,形成稳定成型的槽腔;经测试,平均炮孔利用率达到了94%,验证了菱形楔形混合掏槽爆破参数的合理性。     

地铁隧道爆破振动对地面的影响规律研究

为控制地铁爆破开挖引起的振动对地表建筑物的影响,需要探明爆破振动传播至地表过程中的衰减规律。通过中深孔爆破法进行现场试验,试验孔装药量对应实际工程中单段药量,模拟大连地铁1号线隧道爆破掘进作业,采用钻孔监测与地表监测相结合的方法,分别在地表和地表以下1.5 m,7.5 m和15 m深的孔内安置监测点,监测爆破振动在不同深度的质点振速。同时,利用FLAC3D软件对现场试验中各观测点质点振速峰值进行数值计算,分别采集试验与数值模拟的质点振速峰值,并通过萨道夫斯基经验公式进行回归分析。结果表明:地下爆破振速的监测结果较地表小,振速峰值约为地面的50%~64%;对比萨道夫斯基公式反算的振速与数值模拟计算结果,数值模拟得到的质点振速与实测结果更接近,可以通过数值模拟结果对萨道夫斯基公式进行修正以提高预测精度。     

高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究

小净距隧道开挖工程中,隧道爆破对中隔墙的稳定性影响极大,横通道的施工则会进一步加剧中隔墙的振动破坏.为研究爆破作用下中隔墙的振动响应特征,以新建京张高铁长城站小净距隧道工程为背景,分析非电雷管爆破地震波在中隔墙中的振动特征和衰减规律,同时开展电子雷管降振试验,对隧道爆破炮眼的合理延时进行研究.研究结果表明:受纵、横隧道...     

岩体结构面对爆破地震波传播规律影响分析

为探索岩体结构面对爆破振动速度峰值、主频和信号中的能量分布等的影响,在钻沟石灰石露天矿爆破生产现场进行爆破振动测试。分别采用小波包分析和ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件对结构面影响下的爆破振动信号和爆破振动传播规律进行分析研究。小波包分析结果表明,当地震波穿过结构面时,爆破振动频率介于0~15.6 Hz之间的能量占爆破地震波能量比例随之增加,增幅达63.1%,而振动频率介于15.7~31.3 Hz之间的能量比例随之降低,降幅达56.9%。数值模拟结果表明,爆破地震波在未穿过结构面之前和穿过结构面后,振速峰值没有明显的衰减;而穿过结构面时,振速峰值衰减明显,其平均减震率为40.66%。此外,地震波在坡体内受高程和结构面双重作用,导致其放大系数呈先增大后减小的趋势。     

下穿既有隧道爆破振动响应研究

以沪昆客专贵州段小高山隧道泄水洞下穿既有高铁隧道正洞爆破施工为工程实例,在泄水洞开挖下穿既有铁路隧道时,为确保既有隧道结构安全和爆破振动影响问题,采用稳健回归和小波包等分析技术,研究了在既有隧道正洞内设置沙质缓冲层,其在下穿隧道施工中爆破地震波特征和传播机制。结果表明:主频率分布范围较广;缓冲层有效地吸收了大部分高频带能量,到达既有隧道结构的能量主要集中在第2~第4频带部分,振动速度峰值降低了34%左右,各方向的主振频率主要位于5~70 Hz的中低频范围;切向的能量占主要优势,须重点关注。研究为下穿既有隧道正洞施工,保证其结构安全和沉降满足要求奠定了理论基础,该成果可为类似下穿隧道工程和小距离隧道工程爆破振动控制提供参考。     

石油化工企业技术改造中的控制爆破

为了确保拆除爆破产生的振动不致影响石油化工装置安全,分别对3次建筑物拆除爆破进行了振动测试.实测结果表明;烟囱倒塌落地的最大质点振速是其爆破最大质点振速的1.44倍,而框架结构物爆破中触地振动大于爆破振动不明显;当地条件下拆除爆破振动主频约为20～50 Hz,建筑物落地振动主频约为10 Hz.经分析认为,石油化工装置的爆破安全振速可定为1.0 cm/s.     

地铁隧道爆破振动测试及时频特征分析

为确保某市地铁隧道安全、高效地爆破开挖,采用网络测振仪测试了隧道掘进爆破时周边建(构)筑物的爆破振速。基于频率切片小波变换开展时频特征分析,首先得到了测振信号的全频带时频分布特征,进而通过5个主成分频率切片区间更进一步精确提取了爆破振动信号时域、频域分布特征,并得到了相应频带内的爆破振动重构分量。实测数据时频特征分析表明,频率切片小波变换具备独特的信号分析优势,适用于地铁爆破振动信号时频特征提取;此次地铁隧道钻爆法开挖产生的质点峰值振速在0.07～0.85 cm/s之间,主频在13.3～68.9 Hz之间,爆破振速处于《爆破安全规程》规定的安全阈值范围内,爆破方案基本合理。     

框架结构楼房爆破震动响应的数值模拟

为研究框架结构在爆破震动下的震动响应特性,利用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件,对某框架结构进行了模态分析与动力响应分析。得到了该建筑结构的自振频率小于10 Hz,低频爆破地震波是引起结构振动、变形的主因;对结构受距离20 m基坑爆破的振动影响进行了模拟,计算所得的距爆源最近点震速和实测震速基本吻合;分析了建筑结构不同楼层的爆破振动规律,表明建筑结构的垂直向速度响应大于水平向速度,20层的高层建筑结构随着楼层高度增加,在1~6楼出现了振动速度局部放大现象。裙楼楼顶(距爆源最远处)出现整个结构最大速度峰值。在城市复杂环境进行爆破施工时,对周围建筑结构的安全监测,不能只对距爆源最近地表进行振动监测,须注意高层建筑结构内部的局部放大效应。     

下穿既有环城公路的隧道爆破减振研究

针对下穿既有环城公路隧道爆破产生的振动效应,同时考虑隧道上方公路车辆载荷耦合作用,运用LS-DYNA分别对设置减振孔和未设减振孔两种工况下的隧道爆破进行数值模拟,对比分析对公路的缓冲减振效应。模拟结合实测结果表明:减振孔可使应力大幅波动的时间延后且持续时间缩短,降低应力波和地震波的叠加效应;在减振孔周边,最大减振率约为41.7%,水平方向减振率明显高于垂直方向减振率;公路路面的最大减振率发生在中部,约为19.1%;设置减振孔使公路振速大幅波动的持续时间减少了50%。     

台阶法隧道掘进爆破时地表及邻近隧道的振动响应

在隧道掘进爆破设计时,基于最小二乘法,得到了台阶法爆破施工时地表振速的萨道夫斯基公式,并结合数值分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了爆破振动对邻近隧道的影响。结果表明:地表振动速度随比例距离的增加呈指数形式衰减,上台阶爆破时的K值比下台阶爆破时大,而α值基本不变;邻近既有隧道迎爆侧各测点沿X方向（炮孔径向）振速峰值最大,背爆侧各测点振速峰值最大时的方向是变化的;背爆侧振速峰值远小于迎爆侧,且迎爆侧拱帮位置振速峰值最高,应作为重点支护对象。