断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题。以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据。结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速衰减幅度普遍大于相邻围岩段;隧道二衬剪应力峰值位于拱顶处,拉应力峰值位于拱脚处;结合应力与振速关系,建立基于二衬极限强度的爆破振动安全判据,分析得到隧道衬砌在断层带影响下更容易失稳,在龙南隧道爆破条件下衬砌爆破安全振速为10 cm/s,爆破施工单段最大药量为23.89 kg。     

分岔隧道过渡段的爆破振动特性研究

由于分岔隧道过渡段具有特殊的受力结构形式,爆破开挖产生的振动极易造成中隔墙和岩体失稳。以六月田分岔隧道过渡段为工程背景,对先行隧道的爆破振动进行实时监测。通过对爆破振动数据进行分析,得出先行隧道不同围岩级别、监测位置的振动波传播规律。运用三维数值模拟软件,对后行隧道爆破振动作用下先行隧道混凝土衬砌的力学特性进行研究。结果表明:连拱段中隔墙迎爆侧的径向振速最大;小净距段中夹岩的振速衰减幅度要小于连拱段中隔墙;爆破振动对先行隧道混凝土衬砌产生的最大拉应力、剪应力分别出现在迎爆侧的拱腰和拱脚;后行隧道混凝土衬砌的最大拉应力和最大振速存在线性关系,通过拟合公式计算得出临界振速,确定了分岔隧道过渡段爆破振动安全控制标准。     

小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响,以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景,根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式,采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律,将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析,验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系,提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明：后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9%,与现场监测数据最大相对误差为7%,验证了理论公式的准确性;后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关,围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧,2D为防军隧道爆破施工时最小安全净距(D为隧道净距),此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍;爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近,随着净距增大,先行洞对后行洞的影响逐渐减弱,最终忽略不计;爆破作用下,围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系,保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm/s,研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。     

立体交叉隧道爆破振动响应分析

为了研究两隧道立体交叉时上方新建隧道爆破对下方隧道的影响,通过数值仿真分析上方隧道采用两种不同方法爆破施工对下方隧道衬砌的影响。结果表明:上方隧道采用两台阶法下台阶爆破时,下方隧道衬砌振速最大值超过了振速阈值;采用三台阶爆破时,下方隧道衬砌振速明显减小,且振速均在安全阈值之内;上方隧道爆破后,下方隧道衬砌拱顶振速和振动加速度圈从内到外衰减。爆破振动使下方隧道衬砌在拱顶处出现应力最大值。两台阶与三台阶爆破振速相比,三台阶法预留下台阶可以使振速衰减的更明显。     

大断面隧道新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值

大断面隧道新浇二衬混凝土的强度较低，在爆破施工过程中易受到破坏。为研究新浇二衬混凝土爆破振动控制标准，结合大断面龙南隧道工程，采用现场监测与数值模拟相结合的研究方法，分析不同龄期大断面隧道新浇二衬混凝土在爆破振动作用下的动力响应特征，得出新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值。研究结果表明：隧道二衬拱顶z方向振动速度和拉应力大于其他部位，峰值振动速度6.66 cm/s和峰值拉应力1.57 MPa出现在拱顶，拱顶是最危险位置；不同龄期下二衬拱顶的爆破振动速度随爆心距的增大呈指数衰减趋势，随着混凝土龄期的增加而衰减，且不同方向衰减趋势有差异；基于数值模拟结果和动态抗拉强度理论，大断面龙南隧道新浇二衬混凝土爆破安全振动速度阈值为2.80 cm/s。     

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。     

大型地下厂房开挖爆破振动动力响应数值模拟

针对向家坝水电站主厂房爆破施工诱发振动效应对围岩稳定及相关结构安全性影响,通过动力有限元数值模拟,研究地下厂房在开挖爆破振动荷载作用下动力响应。结果表明,顶拱拱脚处质点振速及拉应力最大,拱脚以上质点振速及最大拉应力迅速衰减;岩锚梁黏结面底部或顶部拉应力最大,与水平向质点振速相关性较好;高边墙质点振速与最大拉应力随高差增加而减小。综合分析数值计算结果与大量爆破振动实测数据,建议围岩及混凝土龄期大于28d的岩锚梁安全质点振速分别取15 cm/s及10 cm/s,且有一定安全储备。     

爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明：衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。     

下穿地铁隧道爆破作用下人防隧道的动力效应

隧道爆破作用下邻近既有隧道的安全性是爆破施工中的重点关注内容,以武汉地铁8号线洪山路站至小洪山站区间隧道爆破开挖为例,研究下穿地铁隧道爆破作用下上方既有人防隧道的动力效应.使用LS-DYNA建立了隧道爆破有限元数值模型,并结合现场振动监测数据验证数值模型的可靠性,对人防隧道的动力响应特征进行研究.现场测试和数值模拟研究表明:随着爆心距的增加人防隧道衬砌结构质点峰值振速(PPV)逐渐减小,PPV最大值出现在爆源正上方;人防隧道衬砌结构稳定性受拉应力控制,隧道底板和拱顶主控拉应力为隧道环向,边墙主控拉应力为垂直方向;衬砌结构最危险截面位于爆源上方,此截面最可能破坏的位置是迎爆侧拱脚,破坏方式为从内至外的拉破坏.基于极限抗拉强度计算分析得到的隧道衬砌结构振速安全阈值为14.9 cm/s.     

爆破振动作用下大型地下洞室群围岩动力响应及合理间距分析

大型地下水封石油洞库由多个地下洞室构成,洞室通常不设衬砌结构,在洞库设计时,洞室之间的间距是需要重点考虑的一个因素。依托某地下水封石油洞库工程,采用现场监测与数值模拟相结合的方法,分析了爆破振动作用下,地下洞室群围岩的动态响应及振动衰减规律。地下洞室掌子面爆破引起的围岩振速在横断面方向随远离爆心呈指数衰减;当在爆破洞室附近存在已开挖洞室时,已开挖洞室迎爆侧边墙处质点振动存在放大效应,峰值振速会放大2.2倍~2.5倍,而在背爆侧围岩峰值振速明显减小,减小幅度为25%~50%。考虑相邻洞室安全间距时,以相邻已开挖洞室迎爆侧边墙处峰值振速为判断指标,表明在地下洞室爆破施工影响下,其相邻已开挖洞室迎爆侧边墙处峰值振速随洞室净间距呈指数衰减;根据《爆破安全规程》相关规定,建议论文依托的地下洞库工程相邻洞室之间的净间距不宜小于30 m。     

隧道扩挖既有衬砌的爆破拆除

以浙江温岭楼山隧道扩挖工程为背景，采用ANSYS数值模拟软件对两种工法下隧道拱顶既有衬砌的爆破拆除方案进行对比，研究不同的爆破开挖方案对隧道周边岩土体及既有隧道产生的影响。其中，工法一对隧道I部分衬砌及上方I部分岩土体同时进行开挖；工法二则对上述两部分进行分部开挖。通过对两种工法下监测点的振动速度进行研究分析，并参考GB 6722—2014《爆破安全规程》，对比选出合适的爆破拆除方法。结果表明:两种工法左侧未开挖隧道的振动速度均低于安全标准；工法一的爆破振动速度相对较大，隧道右洞质点振动速度大于安全允许值；采用Matlab对右洞监测点的振动速度进行拟合，获得了爆破振动衰减规律。     

地铁车站开挖爆破地震波衰减特性监测分析

为了控制下穿于建筑密集、交通流量大的重庆市主干道洪湖东路地铁车站,爆破开挖产生的爆破振动对围岩和施工周边环境的影响。对其产生的爆破振动进行了监测,并应用线性回归分析法对围岩质点振动速度峰值进行了统计分析,总结了该围岩中爆破地震波的衰减规律。根据开挖区域允许的爆破振动速度,计算其爆破施工安全许可的单段最大起爆药量为1.8kg,从而为车站开挖爆破设计和施工提供了理论指导。监测结果表明,在车站开挖爆破近区围岩中,垂直方向质点振动速度较大,随着比例距离的增加,垂直方向振动速度与水平方向振动速度趋于接近。     

地铁车站开挖爆破地震波衰减特性监测分析

为了控制下穿于建筑密集、交通流量大的重庆市主干道洪湖东路地铁车站,爆破开挖产生的爆破振动对围岩和施工周边环境的影响。对其产生的爆破振动进行了监测,并应用线性回归分析法对围岩质点振动速度峰值进行了统计分析,总结了该围岩中爆破地震波的衰减规律。根据开挖区域允许的爆破振动速度,计算其爆破施工安全许可的单段最大起爆药量为1.8kg,从而为车站开挖爆破设计和施工提供了理论指导。监测结果表明,在车站开挖爆破近区围岩中,垂直方向质点振动速度较大,随着比例距离的增加,垂直方向振动速度与水平方向振动速度趋于接近。     

隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征?

为了解隧道掘进爆破振动信号在地表及上部岩体内传播的特征,以鹤大高速小沟隧道掘进爆破为工程背景进行研究。对地表部分,现场监测后利用小波包分析对监测数据进行信号去噪重构处理,对得到的纯净信号进行时频分析及能量分布研究,进而得出振动信号沿地表的频率分布规律及能量衰减规律。对上部岩体,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,提取关键点振速,分析得出开挖与未开挖两侧振动信号在隧道上部岩体内传播过程中的质点振速与能量衰减规律。为隧道爆破掘进动力响应研究、爆破震害评估和爆破设计的改进提供依据。     

钻爆法原位扩建隧道的振动监测分析

为了研究城市环境下钻爆法施工对周边环境的振动影响,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在北洞钻爆扩挖过程中,对南洞衬砌结构上的振动效应进行跟踪监测。通过选取单段最大装药量、爆心距为变量,归纳整理峰值振速的规律,并采用萨道夫公式拟合空洞赋存条件下的振速衰减规律。结果表明,既有空洞对爆破振动的衰减有很大影响:以II级围岩段为例,单空洞情况下其衰减指数α为1.476,接近硬岩的上限;而双空洞情况下其衰减指数α达到1.836,已落入软岩的推荐取值范围。拟合公式可应用于赋存空洞条件下的爆破振速估算;同时建议后续南洞扩挖及类似扩建工程中,可以充分发挥既有空洞的减振效应,适当加大进尺、缩短工期、提高施工效率。     

邻近隧道爆破震动对既有隧道影响的研究

运用有限元的基本理论 ,采用ANSYS软件对既有隧道受邻近隧道爆破震动影响进行了研究。分别就不同围岩类型、不同隧道间距情况下既有隧道的振动进行了分析。结果表明 :既有隧道迎爆面边墙的振速最大 ;围岩越稳固 ,振速越小 ;当间距小于 1倍的隧道直径时 ,隧道衬砌的振速会超过允许值 ;围岩的振速与至爆源距离的关系是非线性的     

隧道近区爆破振动动应变测试及其应用

隧道爆破振动动应变测试可以直接反映岩体或支护结构的应力状况,明确爆破冲击对隧道围岩及支护结构的扰动情况,对隧道近区爆破有重要意义。以京张高铁八达岭长城站项目为依托,通过对测试系统的减振保护和连接加固来改进现场爆破动应变测试环境,较准确地测出现场隧道初期支护的爆破振动动应变,给出隧道爆破动应变在隧道迎爆侧及背爆侧、隧道环向及纵向的分布规律。结合爆破振速监测,研究爆破动应变与振速的相关性,提出一种在建隧道结构允许振动速度标准的确定方法,该方法基于现场实测得到爆破动应变与振速的相关性及隧道结构允许动应变来计算确定。研究表明:隧道初期支护现场爆破振动动应变测试是可行和可靠的;隧道初期支护迎爆侧的动应变比背爆侧大,沿隧道环向的动应变比沿隧道纵向大,隧道交叉口区域的纵向动应变显著增大;爆破振动速度与动应变存在较好的正线性相关性,即动应变越大,振动速度越高;该方法能确定在建隧道结构的允许振动速度,并为在建隧道的爆破振动保护提供参考。     

采用控制爆破技术拆除某桥墩部分钢筋混凝土

介绍了采用控制爆破技术拆除桥墩部分不合格钢筋混凝土的方法。在预留部分打一排导向孔,对爆破冲击波起到隔离、衰减的作用。在爆破拆除不合格的钢筋混凝土的过程中,保证了桥墩预留部分的混凝土不受破坏,此经验可为类似工程参考。