钻爆法隧道原位扩建的振动效应分析与爆破方案比选

以福州市马尾隧道扩建工程为依托,通过精细化数值模拟对掏槽/无掏槽爆破方案进行比选。将延时爆破荷载逐段施加在各排孔段位的爆破轮廓线上,研究了扩建爆破时邻洞衬砌的振动效应和传播路径上的衰减规律。数值模拟结果表明：邻洞背爆侧振速远远小于迎爆侧(平均降幅为68.7%);迎爆侧衬砌振速峰值总体呈现为上大下小;爆破振动在岩体中的水平传播中呈对数衰减,尤其是空洞的存在显著降低了爆破振动效应。将优化后的无掏槽爆破方案应用于工程实践,并对爆破振动进行跟踪监测,与数值结果较为吻合,且均在安全阈值之内。优化无掏槽方案较好地利用了既有空洞和重力作用,单耗低振动轻,宜作为隧道扩建工程的爆破首选方案。     

隧道扩挖既有衬砌的爆破拆除

以浙江温岭楼山隧道扩挖工程为背景，采用ANSYS数值模拟软件对两种工法下隧道拱顶既有衬砌的爆破拆除方案进行对比，研究不同的爆破开挖方案对隧道周边岩土体及既有隧道产生的影响。其中，工法一对隧道I部分衬砌及上方I部分岩土体同时进行开挖；工法二则对上述两部分进行分部开挖。通过对两种工法下监测点的振动速度进行研究分析，并参考GB 6722—2014《爆破安全规程》，对比选出合适的爆破拆除方法。结果表明:两种工法左侧未开挖隧道的振动速度均低于安全标准；工法一的爆破振动速度相对较大，隧道右洞质点振动速度大于安全允许值；采用Matlab对右洞监测点的振动速度进行拟合，获得了爆破振动衰减规律。     

钻爆法原位扩建隧道的振动监测分析

为了研究城市环境下钻爆法施工对周边环境的振动影响,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在北洞钻爆扩挖过程中,对南洞衬砌结构上的振动效应进行跟踪监测。通过选取单段最大装药量、爆心距为变量,归纳整理峰值振速的规律,并采用萨道夫公式拟合空洞赋存条件下的振速衰减规律。结果表明,既有空洞对爆破振动的衰减有很大影响:以II级围岩段为例,单空洞情况下其衰减指数α为1.476,接近硬岩的上限;而双空洞情况下其衰减指数α达到1.836,已落入软岩的推荐取值范围。拟合公式可应用于赋存空洞条件下的爆破振速估算;同时建议后续南洞扩挖及类似扩建工程中,可以充分发挥既有空洞的减振效应,适当加大进尺、缩短工期、提高施工效率。     

复杂环境下既有隧道扩挖爆破技术

针对复杂环境下既有浅埋隧道扩挖工程具有围岩风化严重、开挖方式单一、保留边帮易受损和爆破振动难控制的特点,以某隧道K116+140～K116+312段扩挖工程为实例,综合分析、研究了该隧道扩挖工程的难点,依据以往隧道掘进施工经验,提出了隧道上部超前开挖法,台阶钻爆法、光面爆破技术和有效的爆破安全措施。同时通过精细化的装药结构设计和起爆网路的连接,控制了爆破振动对既有隧道的危害,确保了隧道扩挖壁面的平整,达到了预期的扩挖要求,可为类似隧道扩挖工程提供经验借鉴。     

复杂环境下既有隧道扩挖爆破技术

针对复杂环境下既有浅埋隧道扩挖工程具有围岩风化严重、开挖方式单一、保留边帮易受损和爆破振动难控制的特点,以某隧道K116+140～K116+312段扩挖工程为实例,综合分析、研究了该隧道扩挖工程的难点,依据以往隧道掘进施工经验,提出了隧道上部超前开挖法,台阶钻爆法、光面爆破技术和有效的爆破安全措施。同时通过精细化的装药结构设计和起爆网路的连接,控制了爆破振动对既有隧道的危害,确保了隧道扩挖壁面的平整,达到了预期的扩挖要求,可为类似隧道扩挖工程提供经验借鉴。     

隧道爆破振动信号的混沌特征分析

基于混沌理论,将邻近隧道爆破、上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数等核心参量计算,分析隧道爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,邻近隧道爆破作用下既有隧道振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数均大于0,可判定其具有混沌特征;上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应信号的Lyapunov指数也均大于0,表明其也具有混沌特征。研究表明,隧道爆破振动信号具有混沌特征,随着钻爆作业面与既有隧道爆心距减小,λ值变大,隧道爆破振动响应的混沌特征增强,应更加强钻爆参数的合理优化和爆破振动实时监测,确保施工质量和爆破安全。     

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.     

爆破振动下隧道初支混凝土振速衰减规律

为研究爆破振动作用下隧道初支混凝土喷层的振动响应与初支混凝土喷层爆破振动衰减规律,依托于成昆铁路峨眉至米易段扩能工程沈家坝1号隧道,通过现场试验获得爆破振动信号,使用小波变换方法对爆破振动信号进行时-频分析,得到了爆破振动信号的时频特征。依据萨道夫斯基经验公式对试验的振速数据进行线性回归分析,得到爆破振动衰减规律,并拟合出爆破动载作用下初支混凝土喷层振速与药量、爆心距之间的关系曲线,用于指导隧道的钻爆施工。     

基于HHT方法对紧邻既有隧道爆破振动信号的分析

为了研究爆破振动对紧邻既有隧道的影响,以京张高铁地下车站3条紧邻平行隧道的爆破振动信号为基础,采用HHT方法分析小间距隧道爆破时在紧邻既有隧道迎爆侧洞壁处的振动信号,绘制出实测爆破振动波形的Hilbert谱、边际谱和瞬时能量图,并对其进行分析。结果表明,在此工程情况下,振幅最大的频率主要集中在40 Hz;掏槽孔处爆破振动能量最大,在后续施工过程中需针对性采取控爆措施。     

基于HHT方法对紧邻既有隧道爆破振动信号的分析

为了研究爆破振动对紧邻既有隧道的影响,以京张高铁地下车站3条紧邻平行隧道的爆破振动信号为基础,采用HHT方法分析小间距隧道爆破时在紧邻既有隧道迎爆侧洞壁处的振动信号,绘制出实测爆破振动波形的Hilbert谱、边际谱和瞬时能量图,并对其进行分析。结果表明,在此工程情况下,振幅最大的频率主要集中在40 Hz;掏槽孔处爆破振动能量最大,在后续施工过程中需针对性采取控爆措施。     

小净距隧道后行洞爆破对先行洞的振动影响分析

为分析后行洞爆破施工时对先行洞造成的影响,依托蒙古道隧道工程并以大断面小净距隧道为研究对象,进行有限元数值模拟。结合现场测试对现场爆破后振动测试信号进行HHT分析,确定了爆破振动影响信号的时频特征。研究表明：当后行洞在进行爆破施工时,先行洞初期支护的垂直振动速度和切向振动速度都明显的小于径向振动速度;后行洞迎爆侧的径向振动速度明显大于背爆侧,后行洞爆破的最大振动速度相对应的频率主要集中在20～80 Hz之间。受后行洞爆破影响,小净距隧道的先行洞迎爆一侧的拱脚处出现拉应力易导致隧道衬砌出现拉伸破坏,建议在该部位进行喷射钢纤维混凝土等措施进行加强。     

爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律

为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性。研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移。     

爆破动力作用下小净距隧道围岩振动效应分析

以渝长高速公路武隆小净距隧道掘进爆破为背景,应用FLAC3D数值模拟法进行隧道掘进爆破条件下的前洞围岩振动效应分析.通过计算结果与试验数据的对比分析,证明了应用此计算方法进行振动强度分析的可行性.进一步分析表明,全断面不同循环进尺爆破方案引起振动速度的分布规律基本相同;在爆破掌子面前,前洞迎爆侧边墙上的最大振动速度沿隧道轴线方向随水平距离增大有明显的放大现象,最大振动速度发生在爆破掌子面前面10 m左右前洞断面迎爆侧的边墙上;在爆区附近,前洞迎爆侧围岩上的振动速度是背爆侧的6-10倍.     

超小净距下穿高铁隧道减振爆破技术

依托沪昆客专贵州段小高山隧道泄水洞下穿铁路隧道正洞工程,针对泄水洞0.5m超小净距爆破开挖下穿既有铁路隧道,对施工进度、爆破振动、爆破损伤等影响因素深入分析,提出采用预设减振保护结构结合数模,现场实时监测爆破振动响应,设置允许合成振速10cm/s作为预警振速界限,实时调整爆破方案的减振精细爆破设计思路,并结合后期监测等进行施工。结果表明,减振精细爆破设计在下穿钻爆施工中,能有效保证0.5m超小净距下穿既有隧道的安全运行,该工程的成功实践,可为类似下穿隧道工程的爆破开挖控制提供参考。     

超小净距下穿高铁隧道减振爆破技术

依托沪昆客专贵州段小高山隧道泄水洞下穿铁路隧道正洞工程,针对泄水洞0.5m超小净距爆破开挖下穿既有铁路隧道,对施工进度、爆破振动、爆破损伤等影响因素深入分析,提出采用预设减振保护结构结合数模,现场实时监测爆破振动响应,设置允许合成振速10cm/s作为预警振速界限,实时调整爆破方案的减振精细爆破设计思路,并结合后期监测等进行施工。结果表明,减振精细爆破设计在下穿钻爆施工中,能有效保证0.5m超小净距下穿既有隧道的安全运行,该工程的成功实践,可为类似下穿隧道工程的爆破开挖控制提供参考。     

下穿隧道掘进爆破地表振动波传播规律

为解决新建隧道下穿既有村庄爆破施工的安全难题,运用理论分析和现场监测手段,针对新建隧道爆破振动荷载作用下地表建筑物的振动响应及振动波衰减规律进行深入研究。结果表明：爆破振动传播规律受地质条件和测试方位的影响较大,3个方向的振动信号分别用萨道夫斯基公式进行回归分析,拟合效果良好,其中垂直方向振动信号拟合出的场地系数k值偏大,衰减指数α值偏小;频率对爆破振动强度存在不可忽略的影响,构建考虑频率影响的振速预测模型更符合实际,并给出下穿隧道掘进爆破的损伤范围为R≤42.6 m。     

下穿既有隧道爆破振动响应研究

以沪昆客专贵州段小高山隧道泄水洞下穿既有高铁隧道正洞爆破施工为工程实例,在泄水洞开挖下穿既有铁路隧道时,为确保既有隧道结构安全和爆破振动影响问题,采用稳健回归和小波包等分析技术,研究了在既有隧道正洞内设置沙质缓冲层,其在下穿隧道施工中爆破地震波特征和传播机制。结果表明:主频率分布范围较广;缓冲层有效地吸收了大部分高频带能量,到达既有隧道结构的能量主要集中在第2~第4频带部分,振动速度峰值降低了34%左右,各方向的主振频率主要位于5~70 Hz的中低频范围;切向的能量占主要优势,须重点关注。研究为下穿既有隧道正洞施工,保证其结构安全和沉降满足要求奠定了理论基础,该成果可为类似下穿隧道工程和小距离隧道工程爆破振动控制提供参考。     

大断面隧道新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值

大断面隧道新浇二衬混凝土的强度较低，在爆破施工过程中易受到破坏。为研究新浇二衬混凝土爆破振动控制标准，结合大断面龙南隧道工程，采用现场监测与数值模拟相结合的研究方法，分析不同龄期大断面隧道新浇二衬混凝土在爆破振动作用下的动力响应特征，得出新浇二衬混凝土爆破振动控制安全阈值。研究结果表明：隧道二衬拱顶z方向振动速度和拉应力大于其他部位，峰值振动速度6.66 cm/s和峰值拉应力1.57 MPa出现在拱顶，拱顶是最危险位置；不同龄期下二衬拱顶的爆破振动速度随爆心距的增大呈指数衰减趋势，随着混凝土龄期的增加而衰减，且不同方向衰减趋势有差异；基于数值模拟结果和动态抗拉强度理论，大断面龙南隧道新浇二衬混凝土爆破安全振动速度阈值为2.80 cm/s。     

高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究

小净距隧道开挖工程中,隧道爆破对中隔墙的稳定性影响极大,横通道的施工则会进一步加剧中隔墙的振动破坏.为研究爆破作用下中隔墙的振动响应特征,以新建京张高铁长城站小净距隧道工程为背景,分析非电雷管爆破地震波在中隔墙中的振动特征和衰减规律,同时开展电子雷管降振试验,对隧道爆破炮眼的合理延时进行研究.研究结果表明:受纵、横隧道...     

下穿高速公路输水隧洞爆破振动响应分析

输水隧洞下穿高速公路爆破施工将导致路面振动,对路面结构稳定性产生不利影响,掌握爆破引起路面振动响应规律至关重要.因此,为研究隧洞爆破作用下高速公路路面振动响应特征,依托平潭及闽江口输水工程,以输水隧洞下穿既有G15高速公路为研究对象,采用现场振动监测和数值模拟方法,研究了隧洞爆破开挖引起上覆高速公路路面振动响应特征及衰减规律.研究结果表明:由于隧洞掏槽眼爆破药量最大,同时缺少临空面导致过大夹制作用,MS1段爆破引起的高速路面质点峰值振速最大;爆破引起的高速公路路面测点垂直方向峰值振速最大,可能导致路面动力沉降;隧洞已开挖部分的自由面,有效地削弱了爆破地震波效应,加快了爆破振动衰减.