公路隧道光面爆破围岩振动衰减规律

为了获得隧道围岩在爆破荷载作用下的振动效应,运用有限元软件ADINA建立隧道计算模型,通过加载简化的三角形等效爆破荷载,模拟了青山隧道Ⅲ类围岩段在单循环进尺为2 m、2.5 m和3 m三种情况下的爆破振动效应,得到了隧道拱顶、拱脚和边墙部位围岩的振动衰减规律。计算结果表明:围岩质点的峰值振速随着与开挖轮廓面距离的增大先急剧衰减后平缓衰减,开挖进尺越大,围岩受到的扰动越大。最后通过满足规范的安全质点振动速度来确定三种开挖进尺条件下的最大段药量大小,为类似隧道钻爆设计的合理性提供参考。更多还原     

钻爆施工隧道围岩爆破损伤累积效应研究

为了合理选择施工方案并为设置安全防护措施提供依据,降低施工诱发地质灾害的风险,研究了隧道施工过程中掌子面多次爆破振动对隧洞围岩带来的累积损伤影响。首先,以质点振动峰值速度作为围岩损伤判定标准,根据围岩损伤程度利用强度折减法设置围岩力学参数,对理论公式进行推导。其次,通过软件进行多次爆破开挖的数值模拟,分析得到爆破损伤的分布规律和范围。最后,量化分析并拟合成果数据,对比不同围岩等级、不同部位爆破损伤的累积效应。结果表明:爆破损伤的累积效应非常明显,且与文献中的测试数据接近;掌子面前方的累积效应最大,其他部位较为接近;Ⅳ级围岩的爆破损伤分布范围最大,其次为Ⅲ级围岩,最小为Ⅴ级围岩;隧道施工过程中考虑岩体安全厚度、安全防护措施等内容时,应当计入累积损伤效应增大系数。研究成果可以广泛应用于水利、交通、矿山等工程项目中,为隧道掘进施工方案和防护措施制定提供数据参考,为安全施工提供保障。     

大坝爆破振动响应评估分析

工程爆破对周围建(构)筑物造成不同程度的负面影响。结合某大坝近区隧道开挖的爆破振动监测数据,通过频谱分析获取该坝体的主振频率,利用小波多分辨率技术研究不同频率段内爆破振动能量的分布规律,利用三维有限元模型对空库和满库情况下的坝体进行模态分析,最终综合主振频率、振动能量、振动模态以及质点峰值振速作为爆破振动效应的安全判据,得出爆破振动对该大坝安全影响较小的结论。分析结果对于类似工程的爆破振动安全评估研究具有一定的指导意义。     

TBM隧道围岩应力与沉降预测

应用三维有限元模型,建立TBM隧道施工掘进模型,对TBM隧道开挖过程中的围岩应力分布及地表沉降进行分析。研究结果表明,离隧道施工点越近,第一阶段的应力变化规律与其他阶段的应力变化规律差异越大;离隧道施工点越远,第一阶段的应力变化规律与其他阶段的应力变化规律差异越小。由于第一阶段为隧道施工的初挖阶段,故第一阶段的地表沉降量最大,其他阶段地表沉降量由于推进值相同而基本相等。研究结果可为预测施工地表沉降量及对邻近建筑物的影响提供一定参考与借鉴。     

西双版纳隧道爆破开挖动力学特征及损伤效应

为了研究高地应力作用下软岩隧道的围岩稳定性,以实际工程案例为背景,并采用有限元数值模拟软件ANSYS/LSDYNA和实际监测数据结果,分析了隧道爆破近区距掌子面不同距离处,隧道轮廓面的振动速度分布规律,并结合现场声波测试数据,研究了不同爆破次数作用下,围岩深部不同位置的爆破损伤效应。研究结果表明：(1)在隧道爆破近区,隧道内质点的垂直方向振动速度峰值大于隧道径向方向振动速度峰值大于隧道轴向方向振动速度峰值,并且在隧道质点垂直方向,隧道底板和隧道边墙的振动速度较大,而隧道顶部的振动速度次之,隧道拱肩和拱脚处最小;(2)隧道合振动速度峰值出现在隧道未开挖区,同时隧道未开挖区的质点振动速度衰减较慢;(3)随着爆破次数的增加,围岩不同深度处的声波速度呈逐渐衰减的变化趋势,但爆破振动对于围岩损伤范围有限。     

横通道爆破施工条件下水平耦联隧道动力响应研究

为研究横通道施工爆破荷载作用下大跨小净距耦联隧道的动力响应规律，依托广州市黄埔区一新建隧道与既有隧道间车行横通道的爆破掘进施工，建立了等效爆破荷载作用下既有隧道动力响应分析的三维有限元计算模型，分析了既有隧道的动力响应规律并进一步确定了当前施工参数下横通道爆破作业面距既有隧道的安全距离阈值。研究结果表明：既有隧道迎爆侧下拱腰区域为主要的振动响应区，衬砌最大振速与最大拉应力均位于该区域内，且衬砌振速主要以水平径向(沿横通道轴线方向)振速为主，施工时可以该位置的水平振速监测值作为横通道爆破施工影响的评价指标；横通道爆破荷载下既有隧道衬砌动应力分布规律及其发展趋势与振速基本一致，且两者具有良好的线性正相关性；既有隧道衬砌峰值振速与开挖面距该隧道距离呈良好的负幂指数关系，基于其拟合关系，建议在横通道掌子面距既有隧道衬砌10 m左右时就应对爆破施工参数进行优化与降级，避免影响既有衬砌的结构安全。     

露天边坡爆破施工对下穿隧道扩大段的影响

针对露天边坡与既有下穿隧道的协同爆破施工,为确保上部边坡爆破开挖作用下既有隧道围岩稳定与安全,以某石油储备基地扩建项目为工程背景,利用ANSYS 18. 0建立上部露天边坡与既有下穿隧道协同施工的数值计算模型,研究露天边坡爆破施工对既有下穿隧道扩大段的影响。结果表明:上部边坡爆破施工激发向下传播的初始纵波,随着距离的增加逐渐衰减,到达隧道拱顶自由面折反射形成面波而后在拱与边墙交点处产生叠加现象,导致面波向下传播的规律为先增大后减小。相比于隧道扩挖前,扩挖后隧道断面拱顶质点Z向振动速度峰值提高68. 1%,为7. 58cm/s;拱顶单元动态拉应力峰值提高150%,为0. 45 MPa。根据《爆破安全规程》要求,隧道围岩在上部边坡开挖爆破荷载作用下是稳定的。建议在实际施工中,将隧道扩大段的开挖时序安排在上部边坡爆破施工区域远离隧道扩挖段之后。研究成果对地下近接隧洞爆破施工及隧道扩挖工程具有重要参考价值。     

小湾水电站地下厂房洞室围岩爆破震动的动力特征

根据现场爆破地震测试成果，建立了小湾地下厂房围岩爆破质点振动的预测模型。根据质点振速的安全控制标准，确定了不同药量爆破的震动安全距离，以及确定距离的安全药量。现场测试振速大、频率高，说明该工程岩体较坚硬完整，由于围岩岩性和构造的各向异性，决定了爆破震动的各向异性。测试结果还表明，围岩约束具有尺度效应。小周边，强约束，使爆震效应增强，反之，则振速减小，频率降低。     

引汉济渭隧洞TBM施工环境热害扩散规律研究

引汉济渭工程是解决关中、陕北缺水的重要工程,其将穿越秦岭主脊段,主要采用TBM法施工。理清TBM掘进段的施工环境热害扩散规律,用以指导TBM掘进隧道内的现场施工。以引汉济渭隧洞工程为依托,主要采用数值计算方法对不同围岩级别和不同通风条件下TBM掘进段的施工环境热害扩散规律进行计算研究。研究结果表明:在Ⅳ级围岩中施工时,掘进机段环境空气温度小于28℃,满足规范要求。随着围岩级别提高,掘进面附近区域温度和高温区范围逐渐扩大,最高温度达到50℃,最大热害扩散范围达到165m,最小的通风有效降温距离仅为45m;随着风管出风口风速的增大和送风温度的降低,热害扩散范围逐渐减小,但仍难以使掘进面附近环境温度满足规范要求,建议在掘进面附近区域采用局部降温措施。     

复杂地质条件下双护盾TBM掘进性能研究

针对复杂地质条件下双护盾TBM的掘进性能问题,以兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,采用现场实测数据统计分析的方法,研究不同地质条件下双护盾TBM利用率、滚刀损耗及掘进速度。研究结果表明：(1)对于Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类围岩,TBM利用率随着围岩类别的降低而提高,但Ⅴ类围岩由于易发生涌水及卡机等事故,因此TBM利用率一般低于10%。(2)硬岩对TBM滚刀损耗明显高于软岩,硬岩随着围岩类别的降低,滚刀的损耗明显降低。(3)对于Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩,随着围岩类别的降低,净掘进速度明显提高,TBM的平均掘进速度受净掘进速度和设备利用率两方面的影响;Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类围岩的平均掘进速度随着围岩类别的降低而提高,但Ⅴ类围岩受设备利用率极低的影响,其平均掘进速度最低。     

露天爆破对近地表平洞结构的地震响应频谱分析

为探讨露天爆破下井下靠近地表平洞结构的爆破地震效应特性,通过露天爆破开挖过程中,在井下平洞拱顶和地面沿轨道方向布设测点,采集了大量井下平洞的爆破地震响应信号。采用小波分析和快速傅里叶变换相结合的分析方法,研究露天爆破地震波作用下平洞结构的响应频谱、能量分布特性。结果表明:爆破地震波作用下,近地表井下平洞拱底和拱顶质点在各个方向上的速度响应信号频率较大,主要集中在10～312 Hz;主频所处波段的能量占爆破震动总能量的大部分;平洞结构在铅直方向上的速度响应信号频率要低于水平方向的信号频率,且铅直方向主频随爆心距变化不大,而水平方向变化较明显;平洞结构拱顶铅直方向速度响应信号频率要低于拱底铅直方向的信号频率,拱顶铅直方向爆破振动响应更应引起重视。     

免共振沉桩原位试验研究

为解决传统桩基施工过程中存在的环境污染、挤土效应、效率低及能耗高等突出问题,以某高架桩基工程为例,基于免共振液压振动锤系统沉桩施工工艺,通过原位沉桩试验测试、现场振动测试,研究钢管桩沉桩过程中桩周土体、地铁运行期间桥墩变形特征及其振动变化规律。研究结果表明:钢管桩沉桩过程中桩周土体水平位移集中分布在近地表0～2/3L(L表示桩长)范围内,地表以下0～1/4L范围水平位移较大,土体水平和竖向位移最大值分别为2.37 mm和3.13 mm,桥墩倾斜0.4‰～0.7‰,分析发现沉桩过程中挤土效应不明显;现场振动测试结果显示,当无地铁经过时桥墩振动速度最大峰值为0.823 mm/s,有地铁经过时为1.90 mm/s,充分表明沉桩过程对周边环境影响程度弱;实现了对环境"低影响"的效果,为沉桩施工新技术的研发提供理论和实践指导。     

扩建隧道爆破对既有衬砌的影响及安全判据

为了研究扩建隧道爆破振动对邻近既有隧道衬砌的影响,提出合理的安全判据,以二庄科隧道扩建工程为依托,采用现场测试与三维数值模拟相结合的方法,对近距离既有衬砌在爆破荷载作用下的振速峰值和应力进行分析。结果表明:距离爆破开挖面约1.5b范围内(b为建筑限界宽),既有衬砌的爆破振动衰减速率较快,然后逐渐趋于平缓,两侧基本呈对称分布规律;而距离爆破源最近的既有衬砌迎爆侧边墙振速峰值最大约为背爆侧的5.6倍,上拱部和仰拱其次,背爆侧边墙最小,因此迎爆侧更容易发生破坏。数值模拟与现场测试结果具有很好的一致性,也验证了现场测试结果的准确性和数值模拟的合理性。同时建立了基于振速峰值和最大拉应力的安全准则,得出既有衬砌安全振速判据为10.73 cm/s,从而确定单段最大允许装药量应控制在41.05 kg以内,保证了既有隧道的运营安全。     

广东某核电厂排水隧洞爆破振动监测与分析

针对广东某核电厂排水隧洞爆破挖岩对边坡和闸门井的影响,依据实际开挖中的振动监测数据,对三向振动速度分别进行了回归分析。分析数据发现:在同一次爆破中,爆破振速的垂向速度并不总是最大,因而评价爆破振动产生的破坏时,要选择水平向、径向、垂直向振动的振动速度最大值;通过爆破振动三向回归公式,计算出不同爆心距下的单段最大段药量,发现利用此公式控制装药量对降低爆破振动速度有一定指导作用。     

高坝泄洪消能诱发场地振动的预测方法

为准确预测高坝泄洪消能诱发的大范围场地振动,通过原型观测和水工模型试验有机结合的方法,分别获取"响应"和"激励",避开准确模拟传播过程的难题,利用"激励-响应"间相关关系进行场地振动的预测。结果表明:泄洪消能诱发的场地振动为低频连续型平稳随机振动,主频在1. 5~3. 5 Hz,与地质条件、泄洪流量、运行方式密切相关;模型试验点脉动压力主频频段滤波、合成后的面脉动压力与场地振动响应呈良好的正相关关系,在各级泄洪流量、不同运行方式下,振动响应预测值与现场振动响应实测值误差均在10%以内,预测精度较高。     

新疆达坂隧洞TBM滚刀失效与围岩的对应关系

根据全断面掘进机在新疆达坂隧洞掘进过程中滚刀的实际消耗情况及更换滚刀频次的观测与统计结果,定性分析了在不同围岩条件下TBM滚刀失效和滚刀更换频次的变化规律及影响因素,为TBM施工滚刀及配件的储备和工程成本控制提供了一定的参考依据.     

MATHEMATICAL ANALYSIS OF TRANSVERSE VIBRATION OF CONICAL SPIRAL TUBE BUNDLE WITH EXTERNAL FLUID FLOW

The conical spiral tube bundle is a new type of heat transfer elements used to enhance heat transfer through flow-induced vibration. The effect of the external fluid flow on the transverse vibration of the conical spiral tube bundle is investigated with a mathematical method proposed in this article. Firstly, the natural vibration of the tube bundle is obtained by the hammering excitation method and the mode shapes of the transverse vibration are discussed. Then the effect of the external fluid flow on the transverse vibration of tube bundle is analyzed by a combination of experimental data, empirical correlations and FEM. The results show that in the frequency range from 0 Hz to 50 Hz, there exist six transverse vibrations. The external fluid flow has a significant effect on the frequency of the tube's transverse vibration, which are decreased by about 18% to 24% when the external fluid flow speed is 0.3 m/s.     

复合地层土压平衡盾构施工技术研究

以苏州轨道交通3号线为工程实例,研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至苏州乐园站区间隧道通过108 m"上软(土)下硬(岩)"的复合地层,工程风险极大,需在设计和施工阶段采取必要的风险控制措施。在设计阶段:通过改变隧道纵坡,缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计,优化机械运行参数,实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩,控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降,为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好,地表沉降控制在2. 0cm以内,邻近建筑物沉降控制在3 mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。