隧道爆破作用下建筑物振动响应分析——以青岛地铁四线大断面隧道为例

依托青岛地铁1号线四线大断面隧道工程,使用8台TC-4850测振仪对隧道下穿的一栋7层砖混结构建筑物进行了长期监测。通过分析数据,结合Hilbert-Huang变换(HHT)方法研究了建筑物的振动响应规律。结果表明：振速随楼层升高先减小后略微增大,在顶层表现出放大效应。垂直向峰值振速无法反映建筑物高层的受震情况。距掌子面3~10 m范围内空洞效应最显著,已开挖区的地表振速大于未开挖区。振速最大值出现在距掌子面3～10 m范围内,表现出极振效应。垂直向爆破振动信号的Hilbert谱呈现明显的多峰值结构,频率分布在20~250 Hz,已开挖区的频带范围比未开挖区有所降低。研究成果对隧道爆破振动控制及建筑物保护具有参考价值     

隧道爆破地震波作用下砌体建筑物振动响应分析

为研究隧道爆破地震波作用下砌体建筑物的振动响应,以青岛地铁3号线下穿某砌体建筑物爆破施工为背景,通过现场爆破振动监测和有限元数值模拟,对砌体结构的爆破振动速度和主振频率随楼层的变化规律进行研究。结合数值计算,进一步分析隧道埋深、单段最大装药量,装药结构等不同因素下砌体建筑物的振动响应。分析表明:在隧道爆破地震波作用下砌体结构在垂直方向的振动响应强度明显大于水平方向,并且存在一定的高程放大效应,在爆破施工时应加强对砌体结构顶层的防护;隧道下穿砌体建筑物施工时,爆破地震波的主频率主要集中在10～60 Hz内,建筑物自振频率则大多为3.0～3.5 Hz,该砌体建筑物与爆破地震波较难发生共振;砌体结构动力响应强度随着不耦合系数的增加而逐渐降低,随单段最大装药量增加近似呈线性关系,改变装药结构及控制单段最大装药量是控制爆破振动的有效措施;爆破振动速度对隧道的埋深响应敏感,在数值上出现数量级的变化。通过对多层砌体结构振动响应分析,有利于不断提高与完善现有的爆破技术与减振措施。     

城市浅埋隧道下穿密集建筑群控制爆破技术

城市浅埋隧道下穿密集建筑群时,如何在保证掘进效率的前提下,控制爆破振动对地表建筑物安全的影响是关键。现以贵阳观山西路至兴筑西路段隧道施工下穿金阳步行街为工程背景,通过中心大空孔二阶复式掏槽形式,设计合理的装药结构和爆破参数,采用雷管跳段使用对起爆网路进行优化,成功地将地表振动速度控制在2.0cm/s范围内。通过地表振动监测与爆破信号分析,证明了该爆破方案的可行性,具有良好的经济和社会效益。     

地基加固对隧道下穿铁路路基车致动力响应的影响

通过现场测试及数值模拟，研究了地表铁路行车作用下地铁隧道下穿铁路路基系统的动力响应规律，分析了下穿节点地基加固体弹性模量、深度等参数对地表振动及地铁隧道结构的影响。研究结果表明：车致地表振动频率由列车轮对分布、轨枕间距及行车速度共同决定；地基加固增加了下穿系统的车致振动响应，降低了高频振动的衰减速度；提升加固体模量，会增大地表振动加速度；加固深度提升至隧道底部可有效降低隧道的附加动应力。     

下穿村庄隧道爆破振动对地表建筑的影响

为研究下穿村庄隧道爆破施工时对地表建筑结构的影响,以某隧道为依托,采用数值模拟对地表建筑质点振动速度进行了分析,并与建筑结构的应力分布规律进行了对比,结合现场爆破振动测试,对地表振动速度衰减规律进行了研究,并指出了爆破振动的显著影响区域。数值模拟结果表明:隧道爆破时,地表建筑的竖向振动速度远大于横向,随着时间和距离的增大,振动速度迅速衰减;地表建筑主要承受水平方向的拉应力,振动速度不能完全反映建筑结构的受力状况。现场测试结果表明:地表振速随着与爆源距离的增大迅速下降;装药量为54kg时,地表振动速度最大为1.313cm/s。距爆源水平距离0~50m范围是爆破振动显著影响区域,模拟结果和测试结果吻合良好。     

隧道爆破振动对古建筑影响的试验研究

结合南京地铁四号线鼓楼站区间隧道爆破开挖工程,通过现场试验的方法,得到了适用于现场地质条件下的三个方向上的萨道夫斯基预测公式,为爆破开挖设计提供参考。结果表明:地表质点垂直方向振动速度峰值距离爆源近时,比两个水平方向振动速度峰值大,远处时则最小;且在30 m内迅速衰减。鼓楼城阙垂直方向的振动速度峰值最大,碑楼水平方向的振动速度峰值最大,振动速度峰值随着药量增加总体上呈现增加,采取微差爆破可有效减小振动速度峰值。     

隧道爆破作用下邻近输油管道安全距离

为了避免隧道爆破施工时邻近地表及地下输油管道受到爆破振动造成的不良影响,需确保爆破施工工作面与输油管道保持一定安全距离。基于青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井工程,通过对斜井一期工程隧道爆破施工引起的地表振动进行监测,研究了工作面前方地表振速的衰减规律,并采用Hilbert-Huang变换及小波包分析了爆破振动频域特征。结果表明：在距工作面0～40 m的高振速区范围内,振速呈现震荡变化,峰值合振速出现在距工作面一定距离的地表区域,而在高振速区之外部分呈指数衰减趋势;爆破振动的频域分布主要集中在0～200 Hz的低频区域,50 Hz左右为其最集中区域,瞬时能量峰值出现在0～1 s内,其中在0～25 Hz范围内能量占比最高为13.41%,与输油管道自振频率范围存在部分重叠。同时,引入萨道夫斯基修正公式并拟合出适用于本工程条件下的振速预测公式模型,从法律规范、工程实践及抗震能力3个方面考虑提出输油管道安全振速为1 cm/s,计算得到50 m范围内最大单段齐爆药量和安全距离之间的关系,为后续斜井二期工程下穿输油管道区域时的爆破方案优化提供参考。     

地铁浅埋隧道爆破振动监测及HHT信号分析

为解决地铁浅埋隧道掘进过程中爆破振动对地铁施工安全及周围建构筑物的影响.论文以新疆乌鲁木齐市地铁1号线东线隧道中营工-小西沟区间段为工程背景,对地铁隧道掘进爆破时地表产生的振动效应进行了多次监测,得出地表振动速度自掌子面正上方向两边逐渐减小;将爆破产生的振动信号通过HHT方法变换,发现隧道掘进爆破产生的振动信号,其能量主要分布在时间段0~1.2 s,其频率主要分布在频率段0~60 Hz之间.采用掏槽孔分段起爆技术,显著降低爆破振动效应,同时有效控制了隧道爆破施工对周围建构筑物的影响.     

轻轨隧道循环掘进爆破地震效应研究

以重庆轨道交通环线冉家坝浅埋轻轨隧道工程为背景,进行循环掘进的地表爆破震动效应试验.通过测量隧道地表不同位置处引起的振动速度波形,研究地表震动特性及爆破地震波的传播和衰减规律.试验研究分析发现,掌子面前后的地表振动速度存在显著地差异,已开挖成形隧道改变了岩体的整体结构,爆破振速存在放大效应,且放大后的爆破振速随距离的增大而减小,用常规的萨道夫公式预测成形隧道地表的振动速度误差较大,而通过编写matlab函数进行数据统计、多元线性回归分析求出广义的爆破震动速度计算公式,预测成形隧道地表振动速度误差较小.所以广义的爆破震动速度公式预测成形隧道地表振动速度值得推广.     

浅埋隧道爆破振动空洞效应

为了防止浅埋隧道爆破振动对其上方建筑物的损坏,对爆破引起地表振动机理进行了研究.某隧道进口浅埋段沿隧道纵向用爆破振动仪器对振动速度进行了跟踪监测,发现存在空洞效应,即无论在掌子面前方还是后方,离掌子面10m处,地表振动速度最大,并向两侧衰减,且成洞区地表振动速度是对称于掌子面的非成洞区振动速度的1.3倍,随着距离增加振动速度减小;采用数值模拟方法进行研究,发现类似结论.在浅埋隧道爆破施工中,成洞区地表的振动速度具有放大作用,是非成洞区的1.2~1.5倍.如果在浅埋隧道实施爆破防振措施时没有考虑到空洞效应,会导致振动效应判据和安全距离失误,引起工程事故.     

隧道爆破施工对地表建筑物及其滑坡体的扰动影响分析

新宝塔山隧道进口下穿古滑坡体,且地表建筑物密集,本文详细介绍隧道下穿滑坡体时岩层爆破施工振动对地表建筑物及其滑坡体的影响,为在同类工程地质条件下的隧道爆破作业提供施工参考。     

P波作用下机场跑道的爆破安全振动速度研究

结合湖北省首例下穿机场跑道隧道钻爆法开挖工程背景,基于理论解析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下穿隧道爆破产生的入射P波对混凝土跑道的作用机理,研究了机场跑道的隧道爆破振动安全判据.结果表明:下穿跑道隧道爆破振动作用下,岩石与混凝土跑道交界面以拉伸破坏为主;随着入射P波入射角的增大,机场跑道的爆破安全振动速度呈现先增大后减小的趋势,其最小值出现在入射角为零时(即垂直入射的情况),表明爆破地震波垂直入射时机场跑道最容易发生破坏;基于机场跑道的重要性,选取1.7为重要性修正系数,依据爆破地震波以不同角度入射时确定的爆破安全振动速度,得到修正后的爆破安全振动速度在3.67~7.91 cm/s之间;与数值模拟和回归分析结果相比,由于应力波理论分析忽略了材料塑性变形的影响,其计算分析得到的爆破安全振动速度更小,具有更高的安全储备.     

地铁爆破振动对周边建筑物及燃气管的影响

通过爆破振动监测,研究城市地铁爆破过程中,不同弹药量对建筑物振动的影响,爆破开挖时间变化与建筑物竖向位移和裂缝宽度的变化情况,以及不同爆源深度对燃气管振动的影响.研究结果表明:建筑物竖向振动速度随着弹药量增加而增大,建筑物竖向位移和裂缝宽度随着爆破开挖时间的推进而不断增大,燃气管振动速度随着爆源深度的加深而逐渐减小.减振孔隔振实验表明,燃气管振动速度会随着减振孔深度的增加而减小,减振孔的减振效果明显.     

关林子隧道下穿既有道路爆破振动影响

在下穿既有道路的新建隧道爆破施工中,爆破振动极易引起上部路面结构的损伤和破坏.以宝汉高速新建下穿316国道的关林子隧道为例,采用有限元法模拟路面关键点峰值振速、路面应力以及路面位移,并结合现场爆破振动与振速监测结果,对比分析爆破振动对既有道路的影响.主要研究结论如下:10个关键点爆破峰值振速均发生在掏槽眼爆破时,既有道路的应力以及路面位移均较小,不足以引起既有道路的破坏;根据数值模拟和现场测试结果,下穿段地表质点振速的合速度峰值不超过0.035 m/s时可保证既有道路安全.     

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。     

隐伏岩溶区小净距隧道爆破振动规律

为研究隐伏岩溶区小净距隧道开挖及爆破振动对施工安全的影响规律,以贵州省里平II号隧道工程为依托,以隐伏岩溶区小净距隧道为研究对象,通过LS-DYNA对不同工况进行数值模拟及分析,得到了爆破振动效应下围岩的应力分布和位移变化情况,总结了隧道爆破地震波沿隧道轴向及衬砌环向的速度衰减规律,分析了振动速度峰值随溶洞直径大小及溶洞隧道距离大小的变化规律。研究结果表明：当溶洞直径一定时,围岩竖向位移、隧道拱顶监测点振动速度峰值随着溶洞与隧道之间距离的增大而减小;当溶洞与隧道之间的距离一定时,围岩竖向位移、隧道拱顶监测点振动速度峰值随溶洞直径的增大而减小;里平II号隧道中溶洞直径为2m且溶洞与隧道之间的距离为3m时,先行洞初衬最大主应力超出了混凝土抗拉强度,故爆破开挖前应对该位置进行加固处理,确保施工安全。可见,其分析结果可为指导隐伏岩溶区小净距隧道爆破施工提供可靠依据。     

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

文章运用有限元方法建立了高速铁路立体交叉隧道数值计算模型,分析了高速列车振动荷载下交叉隧道结构的动力响应特性,探讨了围岩级别、行车速度、列车通车方式、隧道交叉角度以及岩柱高度等参数对下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响。研究结果表明:围岩级别、行车速度及列车通车方式对下穿隧道动应力响应影响较大;下穿隧道衬砌结构的竖向位移、竖向加速度、第一主应力及第三主应力随着围岩级别提高、行车速度增加、行车方式改变而增大,随着岩柱高度增加而减小;随着交叉角度增加,衬砌结构变形、加速度及第三主应力峰值有所减小,但第一主应力峰值增加,这对于抗压强度大于抗拉强度的混凝土结构是不利的。     

地铁隧道爆破开挖对地表建筑物的影响

通过对深圳地铁隧道爆破开挖时爆破震动监测数据的分析和研究，总结出爆破震动对地表建筑物产生危害的主要影响因素，并根据现场测定数据，拟合出地震速度、药量大小与爆源距离之间关系式。现场测定与研究表明：必须重视地铁隧道爆破地震规律及其对各种建筑物和构筑物影响的研究，才能充分发挥爆破技术的经济效益和最大限度地降低爆破振动的危害。     

双线隧道下穿引起框架-剪力墙结构竖向位移分析

地铁隧道施工会引起地表沉降,对地面环境产生影响.当地面存在建筑物时,会引起建筑物的变形.以青岛地铁隧道下穿某建筑物为例,利用施工过程中监测到的地表沉降数据,借助随机介质理论和Peck方法反分析地表移动参数,研究了地表沉降规律,并在隧道下穿建筑物时进行地表沉降预测;通过有限元软件ANSYS建立了研究对象建筑物的三维有限元模型,并进行了数值分析.研究结果揭示了隧道施工对钢筋混凝土框架-剪力墙结构沉降变形的影响规律.     

大跨隧道近距下穿书画院高阶模态及爆破应力响应研究

为研究大跨隧道近距下穿建筑物时爆破振动对隧道周边建筑物的损伤。依托南方某公路隧道爆破工程,选取典型的建筑物——书画院4号楼,利用ANSYS建立书画院全结构模型,探究其高阶模态特性,并分析不同爆破峰值振速下的书画院应力响应特征。结果表明:书画院1～6阶为低阶整体模态,频率为4.16～12.99 Hz,振型为建筑物整体变形;7～20阶为高阶局部模态,频率为13.65～24.03 Hz,振型以左侧墙体、屋檐、一层横墙和二层中隔墙等局部构件变形为主;应力水平最高的是门角、窗角等应力集中部位,其峰值是横墙的11.6～18.4倍,在峰值振速较低时(1.0cm/s)就有可能在瞬间产生很高的应力,超过抗拉强度,造成损伤破坏。次高的是高阶模态中振动较大的局部构件,如门窗连接处、左侧墙面和二层中隔墙,应力水平也较高,其峰值是横墙应力的5.4～11.1倍。随着峰值振速的不断增大,到达3.0 cm/s和6.0 cm/s时,门窗连接处墙面、左侧墙面和二层中隔墙就可能会发生损坏;主要的横墙承重构件一般不会发生损伤。数值计算结果表明,高阶模态能较好的解释爆破振动下结构局部损伤的原因。