城市超浅埋小净距隧道爆破振动响应特性研究

为分析浅埋小净距隧道爆破引起地表及临近先行隧道振动的影响,开展爆破振动现场监测实验,得到了各典型爆破段引起地表及已开挖隧道迎爆侧的振动传播规律。结果表明：地表及邻近隧道对应爆破掌子面前后25m范围内,前方质点速度大于后方,但后方各点的振速衰减比前方快;地表各测点振动速度垂直方向分量最大,切线方向与径向方向相近,已开挖隧道迎爆侧边墙各测点径向方向分量最大,为垂向和轴向的1.5～4.0倍;掏槽和扩槽爆破时受岩石夹制作用大,引起地表和已开挖隧道振动速度相对较大,辅助和周边装药段爆破振动较小;并依据国家《爆破安全规程》,对隧道易破坏位置进行了分析。研究成果可为同类隧道爆破开挖与振动控制提供参考。     

城市隧道爆破对附近地表的振动监测与影响分析

对某现场爆破振动地表振动速度峰值监测结果进行了研究,拟合得到了地下工程岩石开挖爆破地面振动速度的变化规律,并对同断面、同药量、同测点掏槽爆破地表质点振速和非掏槽地表质点爆破振速进行比较,结果表明掏槽爆破产生振速较大,合理设计掏槽为关键点。     

隧道掘进爆破诱发隧道后方开挖段地表振动效应分析

针对目前在隧道已开挖区段地表振动效应理论研究的不足,从理论方面对隧道的地表振动效应进行了研究,并利用现场实测数据加以验证和分析。首先,对隧道掘进爆破模型进行简化,将掏槽孔的爆破简化为一系列球形药包的爆破,再利用保角映射将隧道已开挖段地表质点的振动问题转化为半空间内一系列球形药包的地表振动问题,最终得出已开挖段地表质点的振动速度计算方法。通过实际工程,对比了理论和实测的隧道轴线振速峰值分布曲线,验证了理论计算方法的可行性,同时利用理论计算方法探讨了隧道埋深对隧道轴线振速峰值的分布规律,发现隧道埋深较浅时,已开挖段振速峰值大于未开挖段的现象较明显,随着埋深的增加,该现象逐渐消失。     

隧道掘进爆破震动放大效应试验研究

通过渝怀铁路人和场浅埋隧道掘进爆破现场试验,进行隧道特殊位置处质点振动特征研究.以实测振速波形为基础,分析掌子面前后的地表振动速度和隧洞内变断面处的质点振动速度变化规律.对试验研究成果的分析发现,成形隧道对岩体整体结构的改变导致地表振速产生放大效应,使得成洞区地表的振动速度是未开挖区对称位置处的1.310～2.056倍,特别是掏槽爆破的振动放大效应更为明显;在隧道断面由小变大处,同样存在对爆破引起的质点振动速度的放大作用,其放大倍数达1.5～2.1以上.为此,应注意避免隧道掘进爆破的振动放大效应对施工产生的不利影响.     

立体交叉隧道近距离爆破振动控制研究

青岛地铁新建2号线和3号线区间隧道立体交叉处净距仅有0.2 m,矿山钻爆法施工新隧道对既有隧道的振动影响较大。因上部3号线隧道等待铺轨,在确保交叉段既有隧道安全稳定的同时,还需保证新建隧道的施工速度。结合现代信息化施工技术,利用爆破振速衰减规律对既有隧道爆破质点振动速度监测值进行拟合分析,合理预测质点振动峰速并及时反馈指导施工,根据爆破掌子面与交叠点的距离分阶段从减少单段装药量、控制安全距离等手段优化了现有爆破方案。然后提出了掏槽区打空孔减振和拱顶取芯隔离带两种减振方案,通过FLCA3D动力模型分析验证了拱部隔离带的减振效果,控制了最大振速,在既有隧道质点振速不超过报警值的情况下,保证了新建隧道安全、快速地通过交叠区段。     

锚碇式隧道爆破振动效应数值试验

为了研究南溪长江大桥锚碇隧道后续洞掘进爆破时隧道围岩的振动特征,采用动力有限元(LS-DYNA)数值计算的方法,对锚碇隧道后续洞掌子面开挖至隧道轴线27 m处的工况进行了数值计算,将计算结果与现场实测数据进行了对比分析,证明了数值计算的可行性。根据数值计算结果对隧道中隔岩墙的振动特征进行分析可以得到以下主要结论:先行锚碇隧道迎爆侧水平向的峰值振动速度最大。随着距离爆破掌子面轴向距离的不断增大,先行洞迎爆侧边墙上各监测点在三个方向上的振速峰值分量越趋近于一致。后续洞掘进爆破引起的在中隔岩墙上的最大振速峰值的位置位于掌子面掘进方向上约1 m左右。在后续洞进行爆破开挖时,振速峰值均随着距离掌子面轴向距离的增大而减小,并且沿隧道掘进方向的衰减速度比反方向的衰减速度慢。     

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。     

地铁隧道开挖爆破对地表建筑物的振动影响

在对地铁隧道开挖时的爆破地震效应和参数分析的基础上,针对地面建筑结构对爆破振动的响应进行了理论分析.通过对深圳地铁隧道开挖爆破在地面产生的爆破地震波的现场监测和分析,得到了爆破振动在地表建筑物中产生的质点振动速度和频率等参数,拟合出了振动速度、药量大小与爆源距离之间关系式.研究结果表明,在近地表的地铁隧道爆破产生的振动频率远大于天然地震的频率,一般在100~150 Hz,这对地面建筑结构的安全是有利的,以爆破振动速度标准作为地面建筑物的安全判据是合理和可行的.     

贵阳市轨道交通2号线爆破施工地表振动规律研究

以贵阳市轨道交通2号线地铁爆破施工为背景,进行沿隧道爆破掘进方向的地表振动规律研究。通过监测由爆破振动引起的不同间距测点的振动速度波形,研究地表振动特性和振动衰减规律,结合现场实际装药状况和地质情况,综合分析得出以下结论:1)上导掏槽孔爆破引起的地表振动最大,也是影响地表建筑物安全的主要因素;2)将掏槽孔和辅助孔、周边孔分两次爆破能有效避免振动叠加,降低地表振速,且采用分次爆破产生的振动主频比采用孔外延时爆破产生的主频要高;3)当爆心距超过50 m时,地表最大振速减小至1 cm/s以下,对建筑物的安全基本不构成影响。     

不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅分析

论文基于隧道开挖施工爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其主振频率分析,论述了不同距离条件下爆破引起的质点振动频幅特性,较为详尽地解释与探讨了爆破震动测试结果,并在分析质点振动速度峰值与距离及环境条件关系的基础上,得出较远距离条件下(220 m～325 m)的质点振动速度峰值的主振频率集中在以35Hz为中心的25～45Hz范围值的结论,同时指出近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,以及介质特性与距离是加速爆破地震波衰减的主要因素,分析结果也再次证实质点振动速度峰值及其主振频率与爆破规模和环境条件密切相关.     

大断面隧道下穿既有高压输电铁塔施工方案比选及其应用

 李家冲大断面公路隧道下穿既有高压输电铁塔,施工风险高。在风险分析的基础上,提出可能的应对措施,通过建立高压输电铁塔与大断面隧道施工相互作用的三维数值模型,对注浆加固山体后采用双侧壁导坑法开挖、H型框架梁加固塔基后三台阶留核心土法开挖、以及塔基托换后三台阶留核心土法开挖等方案进行比选,提出采用H型框架梁将高压输电铁塔塔基连成整体的加固方案。数值计算及现场实施效果表明：采用H型框架梁对铁塔基础进行加固,铁塔基础成为整体结构后再进行大断面隧道三台阶留核心土开挖,可有效控制铁塔的累计沉降及不均匀沉降,铁塔受力与变形均在容许的范围之内,在保证铁塔和隧道施工安全的同时,加快了施工进度,技术经济效果非常明显,可供类似工程参考。     

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈“S”型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。     

长距离叠落隧道施工对邻近桥梁的影响及控制措施研究

北京地铁16号线苏州桥～万寿寺区间隧道受苏州桥桥桩限制,采取叠落形式侧穿苏州桥施工。为了研究叠落隧道施工对邻近桥梁的影响及控制措施效果,首先分析了叠落隧道开挖对邻近桥梁变形的影响规律,然后提出了注浆加固和隔离桩两种保护措施,并对比分析了保护效果,最后通过现场监测对保护效果进行验证。研究结果表明：无保护措施条件下墩柱最终沉降值为14mm,接近桥梁变形控制指标,最大纵向差异沉降(6.2mm)和最大横向差异沉降(6.5mm)均超出控制指标;最大纵向差异沉降发生在左线推进过程中,最大横向差异沉降发生在右线贯通之后;对比注浆加固和隔离桩两种措施发现,二者均能使桥梁变形满足指标要求,隔离桩的控制效果比注浆加固稍好;受现场条件限制,实际采用注浆加固作为桥梁保护措施,桥梁墩柱变形监测数据表明注浆效果显著。     

Behavior of Ground and Response of Existing Foundation Due to Tunneling

An apparatus has been developed to model the excavation of a tunnel in the laboratory. With this apparatus, 2D model tests are carried out to investigate the surface settlement and the earth pressure brought about by the tunneling. Finite element analyses using an elastoplastic subloading t_ij model are also conducted. The influence of volume loss on the surface settlement and the earth pressure, due to the shallow tunnelling, is illustrated based on the model tests and the corresponding numerical analyses. It is revealed that the surface settlement troughs and the earth pressure distributions around shallow tunnels depend on both the volume loss and the crown drift of the tunnel. The effect of the interaction between the tunneling and existing nearby foundations is also demonstrated in this paper. For existing foundations, the building loads control the surface settlements and the zone of deformation during the tunnel excavation. The behavior of the foundations depends on the deformation mechanism of the ground during the tunnel excavation. The induced axial force and bending moments in the piles of a piled raft are investigated numerically, and it is shown that the axial force changes due to the stress relaxation of the ground. Bending moments are induced in the piles at a lower value of soil cover due to the differential settlement of the piled raft.     

黄土隧道洞口浅埋段塌方冒顶处治及效果分析

针对十天高速公路某黄土隧道左线出口发生塌方冒顶事故的处治工程,分析隧道发生塌方冒顶的主要原因,提出采用小导管注浆加固围岩、洞内与地表共同治理的综合处治措施,并结合塌方段原设计初期支护强度不足的工程实际提出了3种初期支护方案; 利用数值分析软件FLAC 3D,对3种初期支护方案下隧道在开挖过程中围岩及支护结构的受力和变形情况进行分析。结果表明:采用工况1(I25a型钢钢架+厚30 cm喷射混凝土)初期支护体系刚度偏大,初期支护承载力存在富余,工况3(I20a型钢钢架+厚25 cm喷射混凝土)初期支护体系刚度偏小,为了保证隧道施工安全,并考虑到施工成本,应采用工况2(I22a型钢钢架+厚28cm喷射混凝土)初期支护体系; 现场监测数据表明,经过处治后隧道变形较小,最大拱顶沉降为16.4 mm,最大拱顶沉降速率为2.2 mm·d^-1,最大周边收敛为11.3 mm,最大周边收敛速率为1.6 mm·d^-1,且最大地表沉降为46.6 mm,相关变化值都在标准范围内,说明处治效果良好; 研究结果可为黄土隧道塌方冒顶的预防与处治提供借鉴。     

软土地区紧邻地铁隧道深基坑支护设计与实践

以上海竹园2-16-1地块项目深基坑工程为背景,介绍了邻近地铁的软土深基坑变形控制方法及其效果。根据基坑工程的特点,设计时采取了多种地铁保护专项技术措施,包括基坑分区实施方案、支护体系、钢支撑轴力补偿系统、坑内被动区加固、承压水控制措施等。结果表明:基坑各分区地下连续墙最大侧向位移小于上海软土地区基坑地下连续墙最大侧移的统计平均值0.42%H(H为基坑最大开挖深度),特别是靠近地铁侧的地下连续墙最大侧向位移接近上海软土地区基坑地下墙最大侧移的统计下限值0.1%H; 地铁侧坑外承压水位总体保持在比较平稳的水平,最大水位变化仅为0.72 m; 邻近的地铁隧道上行线和下行线的累计最大沉降量分别为8.2 mm和5.1 mm,均小于地铁下沉量允许值(20 mm),且隧道曲率半径满足控制值要求; 本基坑采用的系统变形控制措施有效地保障了邻近地铁的安全,其设计和施工方法可以为软土地区同类基坑工程设计提供参考。     

北京地铁车站深基坑地表变形特性研究

 为明确北京地区地铁车站深基坑开挖引起的地表变形规律,对北京地铁30个明挖车站的现场实测数据进行统计分析,并将分析结果与国内外类似工程进行对比。研究表明：(1) 北京地铁车站深基坑开挖引起的地表变形最终表现为“凹槽形”。最大沉降发生在拆除坑底以上1～2道支撑时,距基坑侧壁10～15 m。(2) 地表最大沉降值随开挖深度的增大而增大,随插入比的增大而减小,为(0.034%～0.316%)H,平均值为0.1%H。(3) 地表最终变形值小于最大变形值。75%的测点最终沉降为0～20 mm,沉降大于30 mm的测点很少,仅占1.93%。(4) 基坑开挖在引起地表沉降的同时还会导致地面隆起,但隆起值随开挖深度的加大而减小,最终的隆起量和隆起测点数较小。(5) 基坑变形具有明显的时空效应：各测点的沉降速率随时间的推移、开挖深度的加大、尤其是排水固结的开始而逐渐加大,但随着内部结构的施作完成,变形逐渐趋于稳定;长边中点处变形值最大,边角处变形值最小,距坑壁30 m以外变形微小。该研究成果可为北京及其他地区类似工程的设计和施工提供参考,对防止基坑事故、避免资源浪费具有重要意义。     

开挖方式对跨基覆界面浅埋偏压隧道变形的影响分析

崩坡积～灰岩交界段(土岩交界段)一部分为松散的坡积体,一部分为岩体,工程性质相差较大,不同的隧道开挖方式会对隧道的稳定产生较大的影响。基于四川省九寨沟—绵阳高速公路某隧道工程,采用模型试验和数值模拟的方法,对有挡土墙预加固措施情况下崩坡积～灰岩接触地段浅埋偏压隧道在环形开挖预留核心土法、三台阶七步开挖法、CD法和CRD法4种开挖方式下的受力和变形特性进行研究。结果表明:土岩交界段浅埋偏压隧道的地表沉降呈现出明显的不对称特征,4种开挖方式下的最大地表沉降均向左侧偏移; 4种开挖方式产生的最大围岩位移都发生在隧道的拱顶处,且右拱肩、右拱腰的沉降值小于左拱肩、左拱腰; 4种开挖方式最大主应力的最大值出现在隧道右拱腰位置处,最小主应力的最大值出现在隧道右拱脚位置处; 相较于三台阶七步开挖法,环形开挖预留核心土法、CD法及CRD法都能够最大限度地保证隧道施工的安全。     

基坑开挖对下卧地铁隧道的施工影响分析

深圳市桂庙路快速化改造工程前海段下沉式隧道平行上穿已建的地铁11号线隧道,下卧的地铁左线隧道中线与下沉式隧道中线水平间距3.2~6.7 m,顶部距离新建隧道底部9.1~15.0 m。下沉式隧道主体结构全长580 m,采取明挖基坑的方式施工,长距离基坑开挖引起的大范围卸载对下卧地铁隧道产生的影响不容忽视。通过建立三维数值分析模型对基坑施工过程进行模拟,动态地分析了基坑开挖对地铁隧道衬砌内力及变形的影响;在此基础上,提出了"分区、分时、分层、分块"开挖以及采取高压旋喷桩加固地基等施工对策。采取上述施工措施后,地铁隧道实测最大上浮值9.1 mm、最大下沉值5.6 mm,这表明下卧隧道的变形得到了有效控制,该研究成果可为今后类似工程提供一定的参考。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。