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。     

隧道电子雷管爆破降振技术试验研究

 电子雷管是一种延期时间可以根据实际需要任意设定并精确实现发火延时的新型电能起爆器材,是近年来起爆器材领域里新进展之一,被称为爆破技术的一场革命。结合兰渝铁路的建设,在人和场隧道进行电子雷管降振试验、电子雷管与非电雷管联合降振试验,对隧道电子雷管爆破降振机制进行研究,优化隧道炮眼的延时时间,研究电子雷管与非电雷管的衔接方法,取得隧道电子雷管单孔连续起爆降振技术和电子雷管与非电雷管联合降振技术。隧道电子雷管单孔连续起爆降振技术,与隧道非电雷管爆破相比,在爆破进尺不变的情况下,爆破振动降低80%以上;在爆破进尺增加25%的情况下,爆破振动降低50%以上。隧道电子雷管与非电雷管联合降振技术,与隧道非电雷管爆破相比,在爆破进尺增加25%的情况下,爆破振动降低40%以上。隧道电子雷管单孔连续起爆降振技术的炮眼间延时间隔时间对隧道爆破的效果至关重要,炮眼间延时间隔时间过大,影响隧道的爆破进尺和岩石破碎效果;炮眼间延时间隔时间过小降振效果不明显,有时振动反而增大。隧道电子雷管降振技术,不但解决复杂环境下铁路隧道的施工问题,该技术也可在城市公路隧道中进行应用,已取得良好的社会和经济效益,对类似工程具有很好的指导意义。     

隧道竖向爆破振动下二层砌体房屋动力反应

以成渝高铁新红岩隧道工程为例,测试采用非电雷管和电子雷管爆破时的振动波并对比分析爆破地震波特性;选择一栋二层砌体房屋,建立砌体结构有限元模型,分析不同峰值振速下结构的位移、砌体不同局部构件上的主拉应力特征。结果表明:采用电子雷管相比非电雷管爆破能够有效降低峰值振速;砌体结构的位移从下往上逐渐增大,二层前端女儿墙的位移最大,峰值振速6.0cm/s时女儿墙位移为2.30mm,层间位移角为1/3044,层间位移角限制不适用于爆破振动下房屋安全评价;在高频爆破振动下,结构损伤主要受到应力控制,而不是位移;房屋的门角、女儿墙和中隔墙上的应力水平较高,纵墙上的主拉应力水平最低;隧道爆破振动下,门角等应力集中部位是结构最容易损伤的部位,其次女儿墙和中隔墙在峰值振速较大时也会发生损伤,纵墙不会发生损伤。     

基于小波变换的时-能分布确定微差爆破的实际延迟时间

在微差爆破工程中，由于所使用的普通延期雷管存在延期误差，设计或选择的延期微差时间往往与实际的有较大出入，影响了微差爆破的效果。确定微差爆破的实际微差延迟时间对优化微差爆破效果、降低爆破地震效应具有重要意义。基于小波变换的时-能密度法具有突出被分析信号能量突变的特点，通过分析监测到的爆破振动信号不同频带的能量随时间的分布情况，能有效地识别出微差爆破中各段雷管的起爆时刻，进而可以确定爆破中所用雷管的实际延期时间，较好地解决上述问题。以某地下工程的微差爆破振动信号进行时-能密度分析为例，对本方法的有效性作了检验。本方法亦可用于分析爆破振动信号在传播过程中能量随时间的衰减规律，对综合研究爆破机理和爆破地震波有指导意义。     

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。     

复杂环境下隧道爆破施工控制技术

随着隧道建设的日益增多,由于环境的限制,出现了许多复杂环境下的隧道工程。为确保复杂环境下隧道的爆破施工安全,结合隧道的建设,对隧道爆破近区振动进行测试研究,揭示隧道爆破近区围岩振动规律,用以指导隧道爆破施工。为了降低隧道爆破振动,进行了隧道电子雷管爆破降振试验、隧道电子雷管和导爆管雷管联合降振试验,电子雷管爆破产生的振动比导爆管雷管产生的振动降低70%,并给出了适用于不同隧道围岩的隧道电子雷管爆破关键参数。研究并给出了隧道施工中广泛使用的喷射混凝土和砂浆锚杆在隧道爆破施工中的安全振动标准,同时也研究了隧道无支护条件下的安全振动标准,基于爆破近区振动传播规律,给出了隧道爆破施工时的具体措施。     

爆破微差延时的EMD识别法

EMD（Empirical Mode Decomposition）方法是基于信号的局部特征的信号分解方法。能把复杂的信号分解为有限的具有物理意义的固有模态函数（Intrinsic Mode Function）。它自适应性强且非常适合处理非平稳信号。文章提出了爆破微差延时的EMD识别法,并以某工程中的微差爆破监测到的爆破振动信号为例。利用EMD法将爆破振动信号分解成IMF分量,再通过Himen变换提取IMF主成分分量的包络幅值来达到识别实际微差延时的目的。     

群孔微差爆破的地表振动波形预测及其效应分析

针对目前已有的群孔微差爆破地表振动波形预测方法的复杂性、费时性和不易操作性等缺点,建立了一种新的群孔微差爆破地表振速波形预测方法,即振速波形函数预测法,并借此分析了群孔微差爆破的地表振动效应。在球形药包的地表振速波形函数的基础上,通过叠加法得到了单孔柱状药包的振速波形函数;并借鉴了Blair的非线性群孔叠加理论,实现了振速波形函数的非线性叠加,得到了群孔微差爆破的地表振速波形函数;将其运用到实际工程中,通过波形函数预测得到的振速波形与实测振速波形在振速峰值、频谱分布和持续时间上都非常吻合,验证了该波形函数的正确性。并通过振速波形函数探讨了微差时间和炮孔数量对地表振动的影响,结果表明:合理的微差时间可以降低振速峰值,且使振动主频偏离保护对象的自振频率,并给出了合理微差时间的得出方法,而炮孔数量对振速峰值和频谱基本没有影响。群孔微差爆破的地表振速波形函数为实际工程中的波形预测提供了一种较为简便的方法,对实际工程中实现安全爆破具有一定的实用价值。     

基于爆破振速的隧道围岩力学参数反演

采用FIAC3D为正演工具对山岭隧道爆破开挖产生的边墙振速进行数值模拟,结合正交设计和均匀设计试验得到训练样本和测试样本,建立反映围岩参数与振速非线性关系的BP神经网络模型,并基于隧道现场实测爆破振速反演得到围岩的弹性模量和泊松比等参数。结合反演得到的围岩力学参数,建立隧道地质计算模型,对爆破振动条件下围岩的稳定性分析进行数值计算,结果表明,采用数值方法计算得到的爆破振速理论值与现场实测结果吻合较好,说明基于爆破振速的围岩参数反演方法是合理可行的。     

导爆管中继复式起爆法在毫秒爆破中的应用

<正> 在目前的毫秒爆破中,大都用导爆管毫秒雷管代替了传统的毫秒电雷管,达到毫秒间隔延期起爆的目的。导爆管毫秒雷管,又称非电毫秒延期雷管,常见国产毫秒雷管的毫秒量如表1所列。在工程爆破中,常把毫秒爆破称为微差爆破,即在前后相邻药包起爆之间以毫秒计算时差,使先爆药包的爆破为延迟药包爆破时创造一个瞬间自由面,     

基于HHT方法的微差爆破延期时间识别与应用

结合某爆破工程实例,运用HHT方法,首先,对实测爆破震动信号进行EMD分解,得到信号IMF分量;其次,通过IMF分量的Hilbert变换,识别出各段雷管实际的通过起爆时刻点,得到实际微差爆破工程中的延期时间,利用HHT方法的自适应性强和高效性的特点,为爆破延期参数设计提供了一定的分析手段。     

楔形掏槽微差爆破模型试验与分析

针对煤矿硬岩巷道掘进掏槽效果差、炮眼利用率低的难题,采用混凝土作为相似材料进行不同掏槽方式的模型试验研究。从掏槽体积、炮眼利用率、破碎块度等方面分析不同掏槽方式的爆破效果。采用楔形微差掏槽,中间炮眼比掏槽眼深200 mm,装1～2支药卷,其余长度用水炮泥和炮泥封堵,起爆雷管为2段。试验结果表明,中间炮眼增加自由面,有利于克服岩石的夹制作用,保证在掏槽眼先爆的基础上,把掏槽的残岩进一步抛出;微差爆破延长爆轰气体在炮眼内的作用时间,爆破的块度小,分布均匀,从而提高炮眼利用率和掏槽体积。     

人工挖孔桩爆破施工技术

结合具体工程实例,介绍了人工挖孔桩爆破开挖方案,重点论述了爆破参数的设计,探讨了瞎炮的检查和处理,得出了对于人工挖孔桩等临空面小的爆破工程,采用非电毫秒雷管实现微差爆破效果非常好的结论。     

隧道爆破施工合理毫秒延期时间的数值研究

毫秒延期爆破作为降低爆破震动效应的主要措施,已广泛应用于实际工程。但毫秒延期间隔时间多以经验或现场爆破试验给出,数值模拟方面所做研究较少。基于ANSYS/LS-DANY有限元软件的动力分析功能,建立了隧道三维爆破模型。简要分析了最大段药量对爆破震动效应的控制作用,在此基础上首次定量研究了不同的毫秒延期时间对隧道衬砌动力响应的影响;并结合质点震动速度安全判据,给出了合理的毫秒延期爆破时间。本文定量研究毫秒延期爆破间隔时间的方法及所采用的模型,可结合不同隧道的具体爆破条件修正后推广应用。     

Frequency comparison of blast-induced vibration per delay for the full-face millisecond delay blasting in underground opening excavation

Responses and damage to the structures subjected to blast-induced vibration are highly dependent on vibration frequency. Understanding the vibration frequency characteristics and its formation mechanism is essential for the safe and economic design of mining and construction blasts. When millisecond delay blasting is used in excavation, a global frequency value of all of the delays of vibrations fails to present a true picture of the vibration frequency characteristics. In the present study, comparisons of frequency characteristics for the blast-induced vibration per delay were first conducted via an underground opening case excavated by the full-face millisecond delay blasting sequence. The results show that if the blasthole geometry and charge structure are kept the same in each blast delay, the frequencies of single-delay vibration signals will decrease as the dimensions of the equivalent blasting vibration sources increase. However, the cutting blast used for the headmost holes inside is an exception, and its vibration frequency is lower than that of the breaking blast outside. It is the authors’ belief that this counter-intuitive phenomenon is caused by the free faces created by the cutting blast for the breaking blast. A small-scale blasting test and the related numerical simulation were subsequently performed to demonstrate this belief. It is found that the vibration frequency from the holes in the free-face blast is higher than that in the confined blast. In terms vibration frequency, therefore, the vibration from the breaking blast is less harmful to structures compared to the cutting blast for a certain velocity, and decreasing the burden of breaking blastholes is beneficial to reduce the vibrational damage of structures.     

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。     

分层分段直眼掏槽在石灰岩井筒爆破中的应用研究

主要介绍了复式三角形分层分段直眼掏槽、复式正方形分层分段直眼掏槽以及孔内微差分段直眼掏槽在石灰岩井简爆破中的对比试验情况。结果表明：复式正方形分层分段掏槽在试验井筒中有最佳的爆破效果，并应用现有岩石动力学的成果分析了这一试验结果的原因。此外，试验还表明最佳的炮孔深度接近于井筒的半径。