浅孔楔形掏槽爆破技术在特大断面小净距隧道群施工中的应用

为了解决隧道群爆破施工时振动强度过大而引起围岩失稳问题,以贵安数据中心特大断面小净距隧道群爆破施工工程为背景,采用浅孔楔形掏槽（SHWC）爆破技术进行施工作业,监测后行洞爆破施工与先行洞支护结构的爆破振动速度,并运用LS-DYNA模拟分析爆破振动强度对隧道围岩应力的影响。研究结果表明：SHWC爆破技术能够有效地控制爆破振动强度,能够将振动速度峰值控制在4.5 cm/s的安全允许标准以内;SHWC爆破有效应力峰值可达117 MPa;爆破地震波传播过程中存在时间上的连续性,形成的反射拉伸波向岩体深部方向延伸与正向传播的爆炸压缩应力波发生干涉叠加,使得岩石被拉伸和压缩而发生破坏;楔形掏槽孔呈“Λ”形结构布置,炸药爆炸产生的有效应力主要集中在掏槽孔底部,使得掏槽区被爆岩体能有效克服周围岩石的夹制作用,提高了掏槽效果,同时,楔形掏槽孔还能进一步扩大掏槽范围。     

浇花峪隧道爆破底板振动规律试验研究

为了研究施工隧道内底板的爆破振动规律,基于兴延高速公路浇花峪隧道上台阶爆破掘进工程上台阶爆破,在距离掘进面不同位置处设置传感器,监测爆破振动速度。利用非线性回归分析方法对振速进行分析,分析结果表明得出掏槽孔振速大于辅助孔和周边孔;掏槽孔的垂向、水平径向和切向振速拟合K,α值均大于其他炮孔爆破时的相应分量,且垂向振速最大;同一类型作用炮孔的振速三分量的α值接近。分析了药量和距离对主频的影响规律,即随着装药量增加,爆破振动的高频成分相对丰富,频谱曲线波峰较少,主要集中在低频,其衰减也较快的结论。距离增加后,频谱曲线波峰减少,频率带宽变窄,主要集中在低频区域,各频谱曲线上的相对幅值峰值向低频靠拢。     

引水隧洞爆破开挖对临近隧道振动的影响及控制

针对新建引水隧洞爆破施工对临近隧道振动的影响,以深圳市石岩北引水隧洞工程为依托,运用MIDAS GTS NX有限元软件建立爆破振动模型,对邻近隧道峰值振速变化规律进行研究。结果表明：爆破峰值振速与单段最大炸药量呈线性正相关,与爆源和测点的距离呈反相关,并受到爆破区域岩性的影响。在最不利工况下,爆破施工引起的峰值振速为6.73 cm/s,大于振动预警值2 cm/s,小于规范安全要求7 cm/s。引水隧洞爆破开挖还会产生空洞效应,在掌子面前后3～4倍洞径范围内较为明显。根据数值模拟结果,在实际工程中应减小单段炸药量并采取毫秒微差错峰手段控制爆破,现场振动检测显示,临近隧道测点峰值振速为1.91 cm/s,小于规范预警值,达到安全标准,工程减振措施取得了良好的效果。     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准. 研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

爆破振动作用下邻近埋地混凝土管道动力响应特性

为保证埋地混凝土管道在爆破施工过程的安全性,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋地铁站通道爆破开挖邻近埋地混凝土管道的动力响应进行研究.通过建立管道拉应力峰值和振动速度峰值的函数关系,由最大拉应力强度理论得到管道的爆破控制振速.由管道不同断面最大振速与对应位置管道正上方地表振速之间关系,提出保证管道安全的地表爆破控制振速.结果表明:空管状态下,掌子面后方,管道断面底部和中部振速较为接近,顶部振速最小;掌子面前方,管道断面质点振速呈现出底部最大、中部次之、顶部最小的振动特征;沿着管道轴线方向,质点振速最大的位置出现在掌子面前方3 m管道断面底部位置.管道在空管和满水两种状态下质点振动特征基本一致,管道中水的存在能降低管道质点振速,最大降低幅度为7.3%.管道的爆破控制振速为10.84 cm/s,保证管道安全的地表爆破控制振速为4.53 cm/s.确定的爆破控制振速可以指导现场爆破施工.     

隧道爆破施工对既有管道影响的有限元分析

根据爆破施工方案,采用有限元分析软件MIDAS/GTS建立新建隧道和上方输气管道的三维数值模型,分析隧道爆破过程的动态时程,得到爆破过程中上方既有输气管道的振动速度、位移、应力等分布情况.数值结果表明:爆破施工过程引起输气管道最大振速为1.7cm/s,管道应力远小于材料屈服强度.按照该爆破方案施工,爆破施工对输气管道的安全影响处于可接受范围.     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准.研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

青岛地铁爆破使地上建筑物受损的危险分析

针对目前越来越多的城市在隧道爆破开挖过程中损害地上建筑物的问题,本文以青岛地铁爆破工程为例,采用安全系统工程中的事故树分析方法,对地铁爆破使地上建筑物受损的危险性进行分析;同时采用TC4850爆破测振仪,对整个试验区段掏槽部位每次爆破时产生的振动数据进行监测和回归分析。分析结果表明,除了建筑物自身因素外,在爆破施工中对地表建筑物产生损害的最大影响因素为设计审核因素和具体爆破施工因素,而且98.81%的振速峰值分布在安全允许振速[v]=1cm/s以内,说明青岛地铁隧道爆破总体是安全的,爆破振动对地上建筑物的危害较小。该研究对其它类似的爆破工程振动控制和装药量控制具有重要的参考价值。     

立井周边爆破数值分析

应用动力有限单元法程序对立井井筒周边爆破进行了计算分析，探讨了立井井筒周边爆破的机理。计算结果表明，采用不偶合装药的爆破方法时，应力波有效作用半径约为炮孔直径的８倍。因而欲利用应力波叠加原理达到在两孔连线方向上首先产生贯通裂缝的目的时，炮眼间距宜小于炮孔直径１６倍。     

复式楔形深孔掏槽爆破研究

掏槽爆破时随炮孔深度增加,岩石夹制作用增强,抛掷效果差,导致炮孔利用率降低,直接影响岩巷的掘进速度.采用数值方法对12孔复式楔形掏槽进行研究,揭示了应力波在槽腔内的传播规律,再现了炮孔底部槽腔的形成过程.研究发现采用双楔形毫秒延期爆破,炮孔底部形成2个应力峰值,有利于槽腔内岩体的破碎.同时中心孔的存在增强了破碎岩体的抛掷作用,提高了炮眼利用率.根据分析结果进行了孔深3m的现场爆破试验,10组爆破实验平均炮眼利用率为94.9%.     

地铁隧道掘进爆破地表震动效应研究

以武汉地铁二号线隧道工程为背景,对爆破振动强度进行实时监测,并结合数值模拟软件计算,研究掌子面前后方地表振动特性及变化规律。结果表明:用萨道夫斯基公式对隧道掘进前方地表振速进行拟合时,相关性较好,而隧道掘进后方地表振速拟合的相关性较差。数值计算所获得的地表峰值振速变化规律及特征与现场实测结果基本一致,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,使得掌子面后方已开挖区地表振速比掌子面前方相应点的振速大,因此,在确定隧道掘进爆破施工方案时,必须考虑到隧道地表振速的这种放大效应,否则很可能危及掌子面后方地表建筑物的安全。     

轻轨隧道下穿建筑物爆破震动试验研究

以重庆轨道交通环线体育公园站浅埋轻轨隧道工程为研究背景,进行了施工通道钻爆循环掘进下穿"两江春城"的爆破震动效应试验。在钻爆初期,通过监测参数计算出爆破振动衰减参数,并通过测量轻轨隧道下穿建筑物时,爆破引起的建筑物不同楼层处的振动速度波形,探讨建筑物的震动特性及爆破地震波传播和衰减规律。研究发现,其爆破振动衰减参数为=1.88,k=99.43;浅埋轻轨隧道钻爆掘进过程中,其垂直方向的爆破振速明显大于水平方向的,因此在研究爆破振动传播和衰减规律及其对建筑物振动的影响时,主要以垂直方向的爆破振速为依据;建筑物的爆破振速在底层随着楼层的增加而增大,中层随着楼层的增加而减小,顶层又随着楼层的增加而增大,而不是随楼层的增加而减小,即不满足传统萨道夫斯基衰减规律。同时测得轻轨隧道下穿建筑物后的爆破振速相比下穿前的,存在放大效应,其放大倍数约为1.32~1.69。     

井下生产爆破对地表建筑物的影响分析

总结分析了采用振动主频、振动应力、振动速度等不同标准评价爆破振动强度的方法,针对屋场下采矿爆破的实际工程,分析计算了不同爆破作用圈半径大小,给出了振速与距离的关系.     

新建隧道下穿既有道路爆破施工影响范围

以宝汉高速爆破施工为例,通过现场监测关键质点爆破振动速度,研究爆破振动对临近既有道路的影响范围.研究结果表明,爆破振动波的主频率在10~50 Hz内,不会使周围临近既有道路与其产生共振.从现场测试结果可知,由于垂直振速大于径向振速和切向振速,且垂直振动对建筑物破坏尤为显著,故在类似工况下爆破振动监测应该以监测垂直振速为主.爆破振动波对既有道路的影响范围为30 m,与理论值相符.当浅埋大断面软弱围岩隧道下穿既有道路施工爆破的安全允许质点振动速度小于2.0 cm/s时,可确保既有道路结构和交通安全.研究可为此类隧道工程的施工提供借鉴.     

邻近既有建（构）筑物隧道爆破方案评价及优化方法

为降低隧道爆破对邻近结构的振动影响,提高隧道爆破质量,基于数值模拟和非线性模糊层次分析法（FAHP）提出邻近既有建（构）筑物隧道爆破方案评价及优化的新方法。借助Midas/GTS NX软件将爆破方案的等效爆破时程荷载作用于隧道的开挖轮廓并进行动力响应分析,结合建（构）筑物爆破振动安全判据对模拟监测点的振动影响进行评价和振动控制参数优化;运用非线性FAHP对满足振速控制标准的爆破参数进行合理性综合评价,并对影响评价结果的主要指标参数进行优化;根据符合各阶段合理性判据的爆破参数确定爆破方案。在工程应用中,经该方法优化后的方案较原方案单段最大药量减少了25%,测点峰值振速（PPV）降低了41.2%;方案实施后,现场监测结果与模拟结果的衰减趋势和峰值大小基本一致,且爆破效果符合光面爆破的相关技术要求,从而验证了该方法各阶段评定判据设立的合理性及方案评价和优化的可行性。     

粉质黏土层直埋铸铁管道爆破地震效应

针对武汉市区内常见直埋球墨铸铁管道,设计实施邻近预埋管道的全尺寸爆破实验. 结合有限元数值计算方法,考虑管道不同埋深,研究爆破地震作用下粉质黏土地层内直埋管道动力响应. 研究结果表明,管道和地表峰值振速（PPVs）随爆源与管道距离的减小而增大,在管道正下方爆破为最危险工况. 管道中心截面为危险截面,危险截面PPVs以管腰和管底较大,动态应变以轴向拉伸应变为主,环向应变次之,峰值有效应力以底部单元最大,管道肩部最小. 管道不同埋置深度和PPVs具有比例关系,通过实测地表振速与管道有效应力关系可以预测管道截面爆破峰值有效应力,计算关系式可以为岩土爆破施工中邻近管道的安全性评价提供计算方法.     

鲁坨路路堑边坡爆破应力波传播规律

为了解决边坡岩体内爆破应力波与介质相互作用以及爆破荷载作用下边坡动力稳定性问题,依托鲁坨路路堑边坡爆破工程,在现场爆破振动测试的基础上采用数值模拟的方法对边坡坡面以及岩体内部质点的振动速度、应力场等分布规律进行深入研究.结果表明:1)对于坡面质点,水平爆心距与高程的增加均会使爆破峰值振速总体呈衰减趋势,但台阶边缘"鞭梢效应"明显,且距离爆源越近,峰值振速放大系数越大. 2)边坡台阶坡角处应力集中显著,但峰值应力与峰值振速并非在同一位置出现.因此,不能将台阶外缘峰值振速作为评价边坡稳定性的单一指标. 3)对于岩体内部质点,爆破振动响应也随爆心距的增大逐渐衰减,但坡面和岩层分界面对应力波的反射叠加会造成岩体质点的峰值振速和应力均有所放大.     

复杂环境下引水隧洞控制爆破与液压劈裂破岩技术研究

为解决复杂环境下引水隧洞在坚硬岩层中破岩掘进的技术难题,保障引水隧洞安全快速施工,以深圳市石岩北清水隧洞工程为依托,将工程项目分为常规段和近接穿越段,分别研究了控制爆破与液压劈裂施工技术。在常规段控制爆破破岩施工中,对掏槽孔、爆破孔数量及排布、装药方式进行控制优化,结合工程减振措施,解决了坚硬岩石爆破施工中炸药用量大、振动速度超标、破岩效率低等问题,并取得了良好的爆破效果。在近接穿越段液压劈裂破岩施工中,在掌子面中部预设两个劈裂孔以增加临空面,采用水磨钻咬合钻孔开挖轮廓线,提高了破岩效率并保障了施工质量,最终以较小的施工扰动完成了引水隧洞施工。工程实践表明：采取控制爆破法施工,炸药单耗用量控制在2.5～3.1kg/m,日掘进里程由原本的2.4m提升至3.2m,达到了理想的岩石剥离效果;采用液压劈裂法施工,在近接穿越地铁6号线段未产生扰动,日掘进2.4～3.6m,具有较好的实施效果。控制爆破与液压劈裂相结合的施工方法,在类似工程中具有较高的应用价值。     

爆破振动对残留岩体的影响及控制

通过对白水峪水电站坝区爆破振动试验数据的回归分析,获得了施工爆破处的振动衰减规律,给出了在爆破施工期间,爆区附近的残留岩体稳定所能使用的最大药量.爆破产生的岩石质点振动为随机振动过程,其能量集中在25～30 Hz频率范围内,比天然地震波主频高得多,爆破产生的振动不会引起基岩的共振.残留岩体的临界振动速度直接关系到残留岩体的稳定性.根据试验实测地点宏观调查结果及相关规范,将残留岩体的临界质点振动速度控制在3.5 cm/s以下,就能保证残留岩体的稳定性.     

隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究

依托某大跨高速公路隧道工程，通过监测隧道下台阶爆破过程中围岩振动响应，对比分析了掌子面前后方围岩的振速和频谱特征；采用数值模拟方法，研究了不同围岩级别的掌子面前后方围岩爆破振速衰减规律。结果表明：掌子面前方围岩振速V_Z>V_X>V_Y，掌子面后方围岩振速V_X>V_Y>V_Z；掌子面前方Z向振速显著大于后方，而后方X、Y向振速显著大于前方，前后方振动特征差异的主要原因是爆源与测点的空间距离、传播介质及边界条件的不同所引起。由于掌子面后方已开挖隧洞空气层的减振效应，导致爆破地震波在后方传播过程中发生绕射和折射，使得后方围岩的合成振速要显著小于前方且衰减更加迅速，后方围岩的振动主频要显著低于掌子面前方，且后方频谱带宽窄于前方。拟合得到不同围岩级别的掌子面前后方围岩振速预测公式，并提出考虑空气减振系数的围岩爆破振速预测公式。根据隧道掌子面与下穿的既有管线的前后位置关系，分别运用前后方围岩爆破振速预测公式计算出前后方安全药量，实现了隧道穿越管线前后全过程的精准爆破振动控制，同时又极大提高施工效率。