地下管道爆破振动安全允许峰值振速试验研究

为探究地下管道的安全允许峰值振速,通过现场试验对管道地表的爆破振动峰值振速、主振频率、及管道表面轴向微应变进行监测记录。分别对不同主频范围的峰值振速和管道轴向应变进行拟合分析,发现主频≤35 Hz和主频35 Hz的拟合结果不同,且应变随峰值振速的增加呈指数增长。以管道的最大容许轴向应变峰值为管道的破坏判据,得到其安全允许峰值振速分别为14.44 cm/s(主频≤35 Hz)、17.21 cm/s(主频35 Hz)。由此可见,应根据不同主振频率确定地下管道的爆破振动安全允许峰值振速,通过现场监测、管道情况制定和优化爆破施工方案。     

爆破地震波作用下燃气管道的安全距离研究

为了保证爆破施工不会对埋地输气管道造成不良影响,研究爆破荷载作用对燃气管道的安全判据非常必要。从理论的角度建立瑞利波作用时燃气管道轴向应变、环向应变与爆破振动速度关系的计算方法,从爆破试验回归分析得到爆破振动速度与爆心距的具体函数关系,进而结合管道最大容许应变计算出在已知装药量的条件下爆破施工时的最小安全距离。结果表明:管道轴向应变、环向应变与振速成正比,结合场地条件计算出地下管道最小安全距离为25.3 m,说明国家燃气管道安全管理条例规定燃气管道50 m范围内禁止爆破施工有较大的安全余地。     

埋地管道爆破振动安全允许判据试验探究

为了探究埋地管道的爆破振动安全允许判据而进行现场监测试验,试验利用TC-4850N测振仪和DH3820应变测试系统对埋地管道的爆破振动和管道应变分别进行监测。首先通过不同主振频率下的管道最大轴向应变分析发现最大应变主要集中在35 Hz以下,然后将主振频率小于35 Hz和大于35 Hz的峰值振速统计量分别拟合分析。结果表明:不同频率段的相关参数和萨氏公式有所不同,因此应在一定频率范围内分别确定爆破振动安全允许峰值振速。实际施工过程中应结合具体情况确定爆破施工方案,而不能仅根据模糊的法律规范条款简单决定爆破施工方案。     

高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应尺寸效应

为研究爆破振动作用下高密度聚乙烯（high-density polyethylene,HDPE）波纹管动力响应的尺寸效应,采用现场预埋管道的爆破试验及动力有限元数值计算相结合的方法,通过振动监测结果分析HDPE管道动力响应数值计算模型的可靠性;在此基础上,建立相同条件下不同管径HDPE管道的数值模型,研究尺寸效应影响下的埋地管道动力响应特征。研究结果表明：在爆破振动作用下,管道各截面迎爆侧的振速和von-Mises有效应力均大于管道背爆侧,管道振速峰值出现于管道底部;随着管径的增大,管道振速与有效应力会随之减小;管道有效应力与峰值速度之间、管道振速与地表振速之间均具有函数关系;根据HDPE管道相关规范中最大的允许压力,可得到管径为40,50,60,80和100 cm的HDPE波纹管（空管）在类似岩土层条件下地表爆破控制振速为分别为22.5,20.91,19.70,17.91,16.64 cm/s。     

隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应试验

埋地管道爆破动力响应特性是城市管道抗震优化设计的依据。设计并开展城市地铁隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应的相似模型试验,监测埋地管道应变、加速度及地表振动速度值,解析地铁隧道爆破地震波的传播衰减机制及其对邻近埋地管道动力响应影响规律。结果表明,基于量纲分析理论的振动速度预测模型用于隧道爆破时地表PPV预测切实可行;相同爆破荷载作用下,埋地钢管加速度峰值是PVC管的1.5～1.8倍;隧道"空洞效应"导致埋地管道在成洞区一侧的加速度响应更为剧烈;埋地PVC管在各测点处环向应变大于轴向应变,且大于钢管应变值,试验得到可有效监测埋地钢管和PVC管应变响应的最大临界比例距离分别为117 m/kg和263 m/kg。     

隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应试验

埋地管道爆破动力响应特性是城市管道抗震优化设计的依据。设计并开展城市地铁隧道爆破荷载作用下埋地管道动力响应的相似模型试验,监测埋地管道应变、加速度及地表振动速度值,解析地铁隧道爆破地震波的传播衰减机制及其对邻近埋地管道动力响应影响规律。结果表明,基于量纲分析理论的振动速度预测模型用于隧道爆破时地表PPV预测切实可行;相同爆破荷载作用下,埋地钢管加速度峰值是PVC管的1.5～1.8倍;隧道"空洞效应"导致埋地管道在成洞区一侧的加速度响应更为剧烈;埋地PVC管在各测点处环向应变大于轴向应变,且大于钢管应变值,试验得到可有效监测埋地钢管和PVC管应变响应的最大临界比例距离分别为117 m/kg和263 m/kg。     

中硬岩管沟爆破对近距离既有管道的影响

为研究中硬岩管沟爆破时10~20 m范围内既有并行管道所受到的影响,进行现场爆破试验,并采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件来研究既有管道的地表质点振速峰值和管沟成型效果,得出适用于中硬岩地段管沟开挖的爆破参数,并分析了既有管道迎爆面和背爆面的振动响应。研究表明:管沟爆破试验的振速均能保证既有管道的安全,试验2^#的爆破参数更适合中硬岩岩石;垂直地表方向（Y方向）的质点振速峰值最大,且振动速度随着爆心距的增大呈非线性减小;既有管道在迎爆面受到的扰动大于背爆面,迎爆面Y方向的应力、振速均最大。     

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。     

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。     

掘进爆破振动作用下支护结构的安全距离

掘进爆破地震波对巷道围岩及支护结构的作用是地下工程和结构抗震的重要研究内容。根据爆破地震波位移势函数的特点,采用分离变量的方法,求解得到轴坐标系下围岩质点运动方程,给出了围岩中振速随轴向距离、径向距离和时间的变化规律。研究结果表明:爆破地震波所导致的围岩质点振动速度衰减极快,且与距离的1/2,3/2次方成反比;振动速度在轴向距离上的衰减比较剧烈,支护结构在距迎头工作面较短范围易受爆破振动影响。按照围岩与支护结构爆破振动安全振速,确定了不同爆破方式的爆破振动的安全距离,为巷道爆破方案与空顶距离的选择提供了理论依据。     

浅埋隧洞爆破施工引起的振动效应

为了减少隧道爆破施工产生的振动危害的影响,对临沂城30万t供水工程隧洞爆破施工产生的振动效应进行了研究。采用量纲分析法推导出考虑高程的爆破振动速度计算公式,并结合实测数据研究了爆破振动的高程放大效应;采用数值模拟的方法研究了爆破振动空洞效应。研究结果表明:垂直向存在爆破振动速度高程放大效应,需重点监测和控制;振速放大系数随着距爆源水平距离的增大呈现先增大后减小的趋势;随着浅埋隧洞埋深的不断增大,地表振速放大系数逐渐变小;对于地表振速放大系数,总体上,垂直向略大于水平向。     

浅埋隧洞爆破施工引起的振动效应

为了减少隧道爆破施工产生的振动危害的影响,对临沂城30万t供水工程隧洞爆破施工产生的振动效应进行了研究。采用量纲分析法推导出考虑高程的爆破振动速度计算公式,并结合实测数据研究了爆破振动的高程放大效应;采用数值模拟的方法研究了爆破振动空洞效应。研究结果表明:垂直向存在爆破振动速度高程放大效应,需重点监测和控制;振速放大系数随着距爆源水平距离的增大呈现先增大后减小的趋势;随着浅埋隧洞埋深的不断增大,地表振速放大系数逐渐变小;对于地表振速放大系数,总体上,垂直向略大于水平向。     

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。     

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。     

台阶爆破振动传播规律及动力响应特征研究

针对台阶爆破施工对邻近建(构)筑物的破坏问题,以某台阶爆破工程为背景,通过现场实验及数值计算,研究了水平距与高程共同作用下单响最大药量为3.8 kg、直径为38 mm孔爆破振动传播规律及动力响应特征。研究表明:振速响应特征规律与现场实测一致,水平距与高程共同作用下爆源近处峰值振速衰减较快,远处衰减较慢,垂向出现典型的高程放大效应,放大系数为1.2倍,但总体峰值振速并没有出现放大效应,主频率与总体峰值振速保持较好的一致性,总体呈衰减趋势;位移响应特征规律与振速变化趋势一致,合成峰值位移与合成峰值振速存在函数关系y=0.18+0.74v。     

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。     

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。     

下穿地铁隧道爆破振动作用下给水管道动力响应特性研究

为研究下穿地铁隧道开挖过程爆破振动作用下埋地供水管道的动力响应特性,以青岛地铁3号线岭-清段的下穿给水管道隧道爆破工程为例,采用LS-DYNA数值模拟方法进行爆破动力响应计算分析,结合现场对管道正上方地表振动速度监测结果,验证分析了数值模型的可靠性。基于动力数值计算结果,分析了爆破振动作用下管道振动速度及有效应力分布特征,研究了下穿地铁隧道爆破振动作用下给水管道动力响应特性,其中,管道纵向方向上,爆源所在位置管道截面振动速度与有效应力最大,截面环向上,振动速度与有效应力呈现出底部最大,中部次之,顶部最小的规律,同时建立了管道有效应力以及管道正上方地表振动速度函数关系。结合断裂力学理论,确定爆破振动作用下给水钢筋混凝土管的极限动态抗拉强度,其值为2.01 MPa,提出确保管道安全的地表振动速度控制阈值3.32 cm/s。     

隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆动力响应特征及安全控制研究EI北大核心CSCD

明晰隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆的动力响应特征,保证锚杆支护系统的安全稳定是隧道高效建设及安全运行的关键。基于龙南隧道各级围岩爆破开挖工程,采用动力有限元数值模拟软件ANSYS/LS⁃DYNA,分别建立不同围岩级别、不同注浆龄期砂浆锚杆爆破开挖动力有限元计算模型,分析隧道爆破作用下各部位砂浆锚杆的动力响应特征与失效机制。研究表明,各级围岩爆破开挖时,隧道拱顶的锚杆振动速度与轴力均最大,锚杆部件端部为最危险点,沿隧道轴线方向,锚杆的振动速度与轴力均随爆破距离的增大而不断衰减;各部位的锚杆峰值振速随着注浆龄期的增加而减小,轴力随注浆强度的增加而减小,其剪力值也会减小;拱顶锚杆的轴力值与峰值振速具有线性关系,其与围岩级别以及龄期的大小有关,根据锚杆安全轴力可以计算得到不同围岩级别、不同养护龄期隧道爆破开挖砂浆锚杆的安全控制振速。     

PE管道的爆破振动响应规律及灰色关联度分析

为了降低隧道爆破施工对既有埋地PE管道造成的振动危害,有必要在施工前了解影响管道振动效应的各种因素。根据现场实测数据,采用MIDAS GTS NX软件建立岩土体-隧道-PE管道三维数值模型,并将现场监测结果和数值模拟结果进行对比分析,验证数值模型的可靠性。分析得出：爆破振动作用下土体弹性模量、泊松比和管径的增加会使管道的最大振速增大;因为地表自由面叠加作用的原因,管道埋深的增加使管道最大振速先减小后增大。运用灰色关联度理论,确定了4种不同因素对管道振动效应的影响程度,主次关系为：土体弹性模量>管道埋深>土体泊松比>管道直径。准确地了解各因素对管道振动的影响程度能够更好的对隧道爆破施工时PE管道的安全性进行评估,为工程实际施工提供参考。