裂隙围岩隧道爆破开挖断面轮廓控制研究与应用

为解决裂隙围岩隧道爆破掘进施工过程中断面轮廓控制不足、超欠挖严重的问题，以某隧道为例，通过分析掌子面爆破开挖过程中导致轮廓控制不足的主要因素，对炮孔装药结构、装药密度和光爆层厚度等进行了优化。现场爆破效果表明：采用优化后的爆破参数进行开挖，可有效控制爆破开挖断面轮廓，抑制拱顶岩体大面积离层，避免掌子面底部“根底”现象；隧道平均线性超挖量大幅降低80%,平均炮孔利用率提高至93.2%,有效降低了裂隙围岩隧道爆破开挖对围岩的损伤，改善了爆破效果。     

水平层状岩隧道炮孔参数优化及爆破成形研究

针对水平层状岩隧道钻爆掘进开挖超挖严重的问题,通过炮孔参数理论分析、现场掘进爆破试验以及爆破成形分析,提出了适用于水平层状岩山岭隧道的炮孔优化布置参数。依托蟠龙山隧道工程,通过内移周边眼、周边眼"长短眼"加"空眼"组合布孔、增加周边眼及辅助眼数量、减小辅助眼排距等措施,对水平层状岩隧道爆破成形进行研究与分析。试验结果表明:采用优化炮孔参数,围岩拱部离层高度和平顶宽度明显减小。单次开挖总药量优化前243.2 kg,优化后227.7 kg,减少6%;最大线性超挖和平均超挖面积优化前为0.91 m和9.73 m~2,优化后为0.35 m和4.24 m~2,分别减少0.56 m和56%。     

软弱围岩大断面隧道掘进爆破方案优化

为解决软弱围岩大断面隧道爆破开挖引起的围岩损伤大、超欠挖严重等问题,对东天山特长隧道工程原爆破方案进行了优化研究,调整隧道开挖方法和爆破循环进尺,优化周边孔爆破参数、装药结构、起爆顺序及起爆网路等。结果表明：采用优化后的爆破方案进行开挖,抑制了掌子面“鼓肚”与拱腰围岩“台阶化”的现象,掌子面与底面平整;能够有效控制超欠挖,平均线性超欠挖小于250 mm;距掌子面25 m的测点最大振速为0.643 cm/s,符合爆破安全规程的有关规定。研究结果可对类似工程有一定的借鉴意义。     

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。     

光面爆破在广州地铁隧道21号线中的应用

光面爆破是控制围岩超、欠挖和损伤并且实现安全高效施工的关键技术。以广州地铁21号线为工程背景,总结分析原常规爆破方案的主要问题,开展多次现场光面爆破试验,不断优化爆破参数,进而提出了适合于广州地铁隧道Ⅱ～Ⅲ级围岩全断面掘进的光面爆破方案。应用表明,光面爆破技术可有效地控制围岩超、欠挖及爆破损伤,不平整度控制在10 cm以内,爆破损伤深度控制在25 cm以内;开挖轮廓光滑平顺,有利于围岩稳定;实现了地铁隧道安全、高效的钻爆法施工,并取得了良好的社会和经济效益。     

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。     

大断面隧道台阶法爆破开挖围岩损伤特征研究

钻爆法开挖岩体同时，势必会对围岩造成一定程度的损伤，明确隧道爆破开挖围岩损伤特征，对隧道支护设计和长期稳定性有着重要的指导作用。以赣深高铁龙南隧道Ⅲ级围岩台阶法爆破开挖为例，采用跨孔声波法对隧道断面不同部位的围岩声波波速进行了测试，分析了爆破前后隧道围岩声波降低率分布特征，确定了隧道不同部位围岩的损伤深度，揭示了围岩损伤程度和损伤深度的关系。基于LS-DYNA数值模拟软件，模拟了相同工况下8个循环台阶爆破开挖作用下隧道围岩的损伤演化和分布特征，与通过声波测试率判断的围岩损伤分布特征基本一致。现场声波测试和数值模拟结果表明：台阶法隧道上台阶拱脚处围岩损伤程度最大，但损伤深度最小；隧道围岩损伤最深处位于仰拱底部。基于隧道围岩损伤分布特征，根据工程类比法和相关规范规定，确定龙南隧道Ⅲ级围岩的初期支护锚杆长度应为3.5～4 m。     

粉砂质页岩段隧道光面爆破周边孔间距试验研究

为控制粉砂质页岩段隧道爆破开挖超挖过大,以渝湘复线巴彭路高速公路项目武隆隧道右线进口粉砂质页岩段为研究对象进行光面爆破试验。采用三维激光扫描仪扫描检测爆破超欠挖并评估爆破效果,通过现场试验研究了孔间距为35、40、45、55、60 cm,设计开挖轮廓线内缩5、8、10 cm条件下的爆破效果。结果表明：周边孔间距为55 cm,开挖轮廓线向内收缩8 cm,能够有效控制超欠挖,平均线性超挖小于150 mm。研究结果可对类似工程有一定的借鉴意义。     

大岩隧道灰岩光面爆破施工技术

光面爆破是一项有效控制岩体开挖轮廓,减少超挖欠挖的爆破技术。与传统洞式爆破相比,光面爆破的爆破方式通过对隧道掘进面的科学布孔和爆破,降低围岩的扰动,减少超欠挖量、炸药量和支护混凝土用量,爆破后岩面平整,岩碴块小且均匀,利于装运出碴,节约工程成本。     

爆破施工对邻近既有隧道的振动响应研究

针对新建隧道爆破施工影响邻近既有隧道结构的安全性和稳定性,以新建的衢宁铁路五都隧道为依托,采用LS-DYNA动力有限元程序建立小净距隧道爆破振动数值模型,分析既有隧道关键部位在受邻近爆破影响下的振动速度和应力;并结合现场监测数据,对新建隧道爆破施工中既有隧道结构的振动响应进行研究.研究结果表明:在合理的炸药当量下,既有隧道结构能承载爆破引起的有害振动;既有隧道在距离爆破点最近的断面振动速度达到峰值且衬砌中迎爆侧墙腰区域振动速度峰值和应力峰值最大.当爆破荷载达到破坏隧道衬砌混凝土破坏极限时,在动荷载作用下,破坏自墙腰部位起始,拱顶、拱脚和墙腰混凝土衬砌出现拉伸破坏,底板出现剪切破坏;在相同规模荷载作用下,既有隧道迎爆侧衬砌振动速度峰值与围岩级别呈正相关关系,对围岩薄弱的地区,应注意加强防护.     

广州地铁三号线连拱隧道微震爆破设计

要在密集的建筑群和广州地铁一号线的地下,进行隧道爆破开挖施工,只有采用微震控制爆破技术才能使地表建筑物免受爆破震动的危害.介绍广州地铁三号线体育西站的钻爆施工的设计、爆破控制、震动监测等内容,采取闭合双回路孔内外延期非电微差起爆技术,严格控制最大一段起爆药量,并采取有效的安全技术措施,隧道拱部采用光面爆破,墙部采用预裂爆破,核心掏槽采用抛掷爆破的综合微震控制爆破技术,以尽可能减轻对围岩和周围构筑物的扰动,维护围岩自身稳定性,达到良好的轮廓成形.经过监测爆破达到了预期效果,未造成危害.     

聚能爆破在隧道开挖成型控制中的仿真试验研究

为了提高水平岩层隧道光面爆破效果,减少隧道爆破开挖超欠挖量,提高施工速度和减少工程投资,以段家坪隧道为例,采用数值模拟和现场试验对聚能爆破在隧道开挖成型控制中的作用进行研究。数值模拟结果表明,聚能结构一侧上的围岩节点振动速度和单元应力均大于非聚能结构一侧。现场聚能爆破试验表明,周边眼聚能装药结构能够更好地控制水平砂泥岩地层隧道爆破成型,大部分超挖量控制在15 cm以内,最大超挖量减少了78.9%。     

拉幕隧道光面爆破施工技术

隧道开挖采用光面爆破施工技术,实现了开挖轮廓整齐,岩体稳定,提高了施工安全系数,减少了开挖数量和衬砌圬工数量,降低了造价,直接加快了施工进度,有效的节约了施工成本。本文以黔桂铁路拉幕隧道为工程背景,阐述了隧道穿越炭质页岩、灰岩的光面爆破控制技术。     

较差岩性围岩小断面水工隧道光面爆破技术

针对较差岩性围岩条件下小断面隧道开挖的施工特点,探讨了相应条件下小断面水工隧道光面爆破技术,得到了合理的钻爆参数,改善了水工隧道成洞质量,减少了超欠挖,加快了爆破开挖速度,有关参数与技术措施可为同类工程提供参考与借鉴。     

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。     

较差岩性围岩小断面水工隧道光面爆破技术

针对较差岩性围岩条件下小断面隧道开挖的施工特点,探讨了相应条件下小断面水工隧道光面爆破技术,得到了合理的钻爆参数,改善了水工隧道成洞质量,减少了超欠挖,加快了爆破开挖速度,有关参数与技术措施可为同类工程提供参考与借鉴。     

较差岩性围岩小断面水工隧道光面爆破技术

针对较差岩性围岩条件下小断面隧道开挖的施工特点,探讨了相应条件下小断面水工隧道光面爆破技术,得到了合理的钻爆参数,改善了水工隧道成洞质量,减少了超欠挖,加快了爆破开挖速度,有关参数与技术措施可为同类工程提供参考与借鉴.     

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。     

大断面小净距隧道原位扩建爆破振动控制

为控制原位扩建隧道爆破开挖对邻近运营隧道结构安全的影响,以国内罕见的大帽山大断面小净距隧道原位扩建施工为背景,从炸药直接起爆的角度,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了邻近运营隧道情况下隧道原位扩建爆破效应的数值计算模型,分析了爆破应力波在围岩和运营隧道衬砌中的传播规律。数值分析表明:围岩破坏应变的大小对计算结果影响较大,通过数值模拟与爆腔尺寸经验公式计算结果的比较得到了围岩的合理破坏应变值;运营隧道迎爆面拱顶及侧墙中部动力响应显著,邻近运营隧道衬砌的破坏主要是由质点振速超过安全允许值造成的;通过不同装药量爆破数值模拟结果的分析,提出了大帽山隧道原位扩建爆破最大段的控制药量。     

隧道爆破精度控制的技术现状与经济评价

隧道掘进方法从技术上分为钻爆法和机械开挖法。在大多数情况下，对于中等长度的隧道用钻爆法施工快速经济；对于长隧道通常选用机械开挖法，它具有隧道轮廓精度高、围岩破坏小等优点．针对市政工程的隧道施工，我们正在进行一项研究，旨在确定钻爆法掘进隧道的精度目标、隧道爆破质量控制方法和缺陷识别方法，以及评价隧道爆破精度的经济内涵。本文给出了研究方法及初步研究成果。