新建隧洞下穿爆破对公路隧道结构的影响： 以温州市瓯江引水工程为例

为了探寻爆源逐步接近既有隧道情况下衬砌受爆破振动的响应规律、爆破荷载作用下的应力分布状态,结合温州市瓯海区西山隧洞工程,根据施工现场爆破监测数据和数值模拟结果对新建隧道爆破施工时相交隧道的安全性进行研究,研究结果表明振速主要受到爆心距和装药量的影响：爆心距越小装药量越大,振速峰值越高;爆心距决定隧道衬砌合速度峰值发生位置;衬砌合速度峰值位置同时是最大拉应力点;随爆心距的缩进,危险点从拱腰位置移动到拱脚。     

特大跨度隧道分部开挖爆破对既有隧道结构的影响

以平潭综合实验区牛寨山双洞八车道小净距公路隧道为例,针对采用双侧壁导坑法开挖时,双洞八车道特大跨度隧道后行隧道断面分部开挖爆破对围岩及既有隧道的影响,采用LS-DYNA建立双隧道模型,结合现场振动速度的实测数据,对影响因素和变化规律进行了分析。结果表明:(1)随着爆心距围岩监测点距离的增大,最大振速显著衰减。(2)在后行隧道爆破对既有隧道结构的影响因素中,爆源与既有隧道的距离影响最大,装药量其次;既有隧道迎爆侧与背爆侧的最大振速比值为12. 5;腰部是底部的2. 1倍;肩部是底部的1. 9倍。(3)在双侧壁导坑施工中,Ⅰ分部由于距离既有隧道较近、周边临空面最少,对既有隧道的影响也最大,施工中可作为爆破引起既有隧道振动的控制工况。     

隧道近接施工中的爆破方法与数值研究

当前国内常使用近接施工方法开展隧道施工，但由于一些施工环境较为复杂，如果不对爆破方案进行优化，会增加施工人员伤亡和发生经济损失的风险。因此此次研究以国内某采用近接施工方法施工，且靠近一个已知隧道的隧道施工工程为案例，为其设置具有一定通用性的爆破方案并布置爆破振速数据收集系统。收集数据的分析结果显示，使用单一函数拟合峰值振速的效果并不够好。迎爆侧的振动效应明显大于背爆侧，同时背爆侧的峰值振速较小、分布更为集中。对于新建隧道，使用钻爆+机械的混合开挖方式较掌子面掏槽爆破施工方式能降低爆破带来的振动不良影响。     

上下交叉隧道爆破振动特性研究

上下交叉隧道爆破开挖过程中,确保已开挖隧道在爆破载荷作用下的安全是施工过程中的关键问题.以八达岭长城站隧道工程为背景,对进站层主通道爆破开挖进行爆破振动监测,得到了开挖断面在接近和远离监测点的过程中,各监测点的振速分布规律;对实测波形进行频谱分析,得到了不同频率范围的能量分布及不同时刻的瞬时能量.运用LS-DYNA程序建立上下交叉隧道有限元模型,提取了各监测单元的速度时程曲线及等效应力时程曲线.结果表明:各单元振速分布规律与实测振速分布规律相吻合;各单元的等效应力值小于岩体的拉伸屈服强度,未对隧道岩体造成破坏.结合数值计算结果,依据等效应力判据确定了保证已开挖隧道安全的质点临界振动速度,为上部隧道开挖对下部隧道的爆破扰动控制提供了理论依据.      

隧道爆破对临近电塔动力影响分析

为研究某高铁隧道爆破施工对附近两座高压电力铁塔的动力影响,运用有限元软件Midas/GTS建立考虑断面分区爆破以及爆破孔分布的精细化二维模型。考虑以铁塔与爆源直线距离最近、单响炸药量最大为最不利工况,采用时程分析法分析计算电力铁塔塔基的最大振速。数值模拟结果表明：爆心距离越近,铁塔塔基振速越大;炸药量越大,铁塔塔基振速越大。该工程的两个电力铁塔塔基振速满足规范限值要求,说明实际炸药量控制合理,该研究结果可供其余相似工程参考。     

城市浅埋小净距隧道爆破振动响应及现场监测分析

以福州轨道交通2号线洋里站南端区间隧道为工程背景,当右线隧道开挖至50m,左线隧道开挖至25m时,通过有限元分析软件Ls-dyna建立三维隧道计算模型,分析左线隧道爆破开挖对右线隧道的影响,并结合现场监测数据进行验证。结果表明:当最大齐发药量为2kg,左线隧道爆破开挖对右线隧道产生的最大拉应力为1.28MPa,最大压应力为2.73MPa,最大压应力滞后于最大拉应力产生;右线迎爆侧拱腰部位处的最大振速值为33.0cm/s,对右线隧道造成的影响较大;现场爆破振动监测结果与模拟结果比较接近,距离爆源最近的振动监测点各方向振速最大,监测点振速随掌子面距离逐渐减小。     

爆破振动对海底隧道覆盖岩石的损伤研究

海底隧道掘进爆破开挖岩石的过程中,爆破振动必然会对隧道覆盖岩石造成损伤和破坏,危及隧道施工安全.阐述了质点峰值振动速度临界值作为爆破围岩损伤的判别标准和作用于炮孔壁上爆炸脉冲荷载计算公式.以青岛胶州湾隧道为背景,采用Abaqus软件,对周边眼爆破振动的覆盖岩石动力响应进行数值模拟,并对计算结果按照最小二乘法进行拟合,得到覆盖岩石质点峰值振动速度衰减公式.按质点峰值振动速度判别标准计算出了周边眼爆破引起的覆盖岩石损伤范围仅为0 358 1 m.研究表明采用低爆速炸药、不耦合间隔装药光面爆破技术, 爆破对海底隧道覆盖岩石损伤范围较小.     

新建隧道施工爆破振动对既有隧道影响试验研究

应用DH5938动态信号测试分析系统,对既有隧道衬砌表面迎爆侧动应变进行试验测试,分析动应变与振速的关系;探讨了以动应变来衡量爆破振动对既有隧道影响的可能性,研究了邻近铁路隧道施工爆破振动对既有隧道衬砌结构的影响。     

地铁下穿既有铁路桥的爆破动力响应分析

以大连地铁2号线208标马湾区间浅埋暗挖隧道下穿魏台桥特殊地段为研究对象,通过三维有限元程序仿真模拟以及工程现场动态监测对比,研究爆破振动对既有构筑物的动力响应问题。研究结果表明:爆破地震波振动速度峰值在距爆源较近区域的衰减速度远大于爆源远区,同时沿深度方向的衰减速度大于水平方向;爆破地震波在构筑物中会出现两次或多次峰值振速,说明爆破冲击波具有强烈的多次反射性,对结构的破坏性也较大;不同深度处的监测点其振速达到峰值的时间和峰值大小均不同,越靠近爆源,受扰动的峰值越大,时间越短;近距离爆破会对既有隧道衬砌安全性产生很大影响,在既有隧道衬砌迎爆侧拱腰部位为薄弱区。     

爆破荷载下小净距隧道钢拱架加固合理间距研究

采用LS—DYNA3D动力有限元程序,建立某小净距隧道的三维模型。通过刚度等效的方法,分析了既有隧道不同钢拱架布置间距情况下既有隧道的动力响应。研究结果表明,随既有隧道钢拱架加固间距的减小,迎爆侧测点振速和位移峰值亦随之增加。建议小净距隧道爆破施工时,既有隧道钢拱架加固间距为0．5—1．0m。     

层状岩体中近邻双线隧道爆破的振动响应研究

近邻双线隧道爆破开挖时，为了避免新建隧道爆破施工产生的地震波危夏既有隧道的安全和稳定。基于数值模拟和现场试验，分析了层状岩体中采用钻爆法修建近距离双绒隧道的爆破振动响应．结果分析表明，对于既有隧道，迎爆面侧墙处的振动速度和反射拉应力最大，而且振动速度具有很强的方向效应，隧道径向振动速度大于切向振动速度，其规律与现场爆破试验结果有较好的一致性．将爆破对新建隧道本身围岩的振动损伤度和对相邻隧道的振动影响结合起来综合考虑，提出了层状岩体隧道爆破施工中减轻振动的几种措施。并对隧道爆破参数进行了优化．图7，表4，参8．     

近间距隧道爆破地震效应的试验研究

为了解决层状岩体中采用钻爆法修建近距离双线隧道的爆破影响问题,基于现场试验,总结了爆破衰减规律.试验结果表明,新建隧道爆破时,振动速度随着与爆源距离的增大成非线性减小;振动速度具有很强的方向效应,迎爆面径向振动速度均大于切向振动,径向振动速度对既有隧道和新建隧道围岩的损伤起主导作用;采用上下台阶开挖时,上台阶爆破冲击波对既有隧道的影响比下台阶显著.根据萨道夫斯基回归公式给出了距爆源不同距离的单段最大装药量.将爆破对新建隧道本身围岩的损伤破坏和对相邻隧道的影响结合起来综合考虑,对层状岩体中隧道爆破参数进行了优化.     

近接开挖与列车振动对既有铁路隧道的沉降影响研究

选取不同近接距离基坑开挖来研究隧道的沉降变化规律,利用激振荷载经验公式来模拟高速列车的轮-轨激振力,并运用有限差分动力分析方法分析不同距离基坑开挖作用下隧道衬砌结构的车振动力响应.结果表明:近接基坑开挖会造成隧道掌子面的非对称变形,离开挖中心越近非对称变形越明显;随着近接开挖距离的增加,这种非对称变形逐渐趋于缓和,其中隧道靠近开挖侧的隧道拱脚、拱腰和拱顶区域可作为施工期间既有隧道的重点监测部位;隧道左右两侧帮底部区域相对拱顶区域而言受到列车振动影响较大,列车靠近开挖侧行驶时隧道衬砌结构动力响应比远离开挖侧行驶时大.     

地铁隧道掘进爆破振动监测与爆破参数的优化研究

结合深圳地铁7号线皇—福区间隧道爆破开挖的工程实际,通过理论计算与现场试验的方法,得到了适用于现场地质条件的爆破振动衰减规律。获得了爆破振动回归分析曲线,确定了相应的爆破振动预测公式;同时根据现场试验调整并优化了施工方法及相关的爆破参数。在确保爆破振速和频率满足设计要求的同时,加大了循环进尺,降低了掘进成本,实现了隧道爆破开挖的高效施工;可为后期的爆破设计及施工提供理论依据。     

基于ALE算法的隧道开挖爆破振动特性数值分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件,分析隧道开挖过程中爆破振动对围岩及初期支护的影响.为了使数值模拟能够真正反映实际情况,采用更精确合理的爆炸数值计算方法:利用软件内置炸药模块和状态方程模拟爆破荷载的作用,并采用ALE算法模拟炸药与岩石之间的接触关系.在ALE算法中,为防止爆炸过程中网格的过分畸变给结果带来不利影响,将炸药定义成流体.分析结果表明:应力、速度均在爆炸发生的极短时间内达到峰值,而后迅速衰减,10ms后达到稳定状态.上台阶爆破在围岩拱顶处产生的水平振速峰值为下台阶爆破的6倍左右,在拱脚位置约为0.88倍;上台阶爆破在围岩拱顶处产生的竖直振速峰值为下台阶爆破的8倍左右.下台阶爆破在围岩拱顶处产生的应力峰值是上台阶爆破的1/5,在拱脚处相差不大;同一位置,初期支护结构质点振速峰值与单元应力峰值均比围岩大.     

模型试验单孔爆破振动信号时频分析

以地下工程常见的直墙半圆拱形硐室为原型,借助胶结砂相似材料开展单孔爆破相似模型试验,并监测爆破过程中相似模型试件顶面的爆破振动信号,随后采用HHT法对3个方向爆破振动信号的时频特征进行分析。爆破振动监测表明,在3个方向爆破振动信号中,竖向爆破振动峰值最大,水平径向次之,水平切向最小。3个方向爆破振动信号IMF分量能量分布表明,爆破振动信号优势能量集中分布于主振频率所在的几个IMF分量。HHT分析表明,3个方向爆破振动信号集中分布在0.03~0.07 s时域内;爆破振动信号频域成分丰富,但其在频域内分布不均匀;对于水平径向,爆破振动信号集中分布在111~312 Hz频域内;水平切向集中分布在171~323 Hz频域内;竖向则集中分布在128~209 Hz频域内。     

隧道爆破施工对地表框架结构的影响分析

以重庆某隧道爆破施工为研究背景,对开挖过程中地表建筑的震动进行监测,并辅以ANSYS/LS-DYNA进行仿真分析,通过流固耦合的方法,建立隧道炸药爆破有限元模型,分析隧道埋深15 m时,8层框架结构在隧道爆破作用下的动力响应特性,以掌握结构的最大应力值以及房屋振动速度传播规律。结果表明,结构受隧道爆破影响最明显的在竖直方向,最大可以达到6.76 cm/s,后在2~3 cm/s左右波动,与实测数据均值2.38 cm/s比较接近;炸药的作用对结构产生的最大应力为2.4 MPa左右,远远低于材料屈服失效强度。     

小净距隧道爆破振动监测与分析

以重庆寸滩小净距隧道开挖为工程依托,在隧道施工爆破过程中对邻近隧道进行爆破振动监测.应用萨道夫斯基经验公式对现场监控量测数据进行回归分析,确定爆破应力波在泥质砂岩中的传播衰减规律,控制不同间距情况下的最大段起爆药量,指导后续施工过程,保证邻近隧道振动速度控制在安全范围内.其研究对指导隧道工程施工爆破和保证安全起到了重要作用.