铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。     

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。     

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。     

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.     

特大断面隧道倒T型掏槽爆破研究与应用

提出特大断面隧道倒T型掏槽爆破方法,并分析了该方法的爆破原理.以龙南隧道为工程背景,利用数值模拟对比分析了现场单楔形掏槽爆破方法与倒T型掏槽爆破方法的爆破效果,并将倒T型掏槽爆破方法运用到工程实践.研究结果表明:在掏槽爆破作用下,距炮孔底部1/4位置处爆破形成的破碎范围最大,当掏槽孔爆破时该位置受爆破作用影响最大;倒T型掏槽爆破成腔体积大于单楔形掏槽爆破成腔体积.除自由面附近的单元外,倒T型掏槽爆破作用下单元有效应力约为单楔形掏槽方式爆破作用下同一位置单元有效应力的4倍.在自由面附近,两种掏槽方式爆破产生的有效应力接近.现场试验炮孔利用率平均为90.2%,炸药单耗由试验前的0.78 kg/m~3降低到0.75 kg/m~3,光面爆破效果提高,加快了现场施工进度,节约了施工成本.     

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。     

地铁隧道爆破施工对既有建筑物的影响

本文以青岛地铁三号线隧道开挖为工程基础,在隧道开挖施工爆破过程中对既有建筑物进行爆破振动监测。应用萨道夫斯基公式对现场实测数据进行回归分析,以此为基础,合理选择炸药药量,确定本地区炸药公式参数,研究爆破应力波在青岛地铁三号线附近地层中的传播衰减规律,指导后续施工过程,保证既有建筑物振动速度控制在安全范围内,并提出了减小爆破振速的几条措施。     

针对消除落石危害的爆破参数优化研究

为消除分次爆破带来的落石危害,以青岛地铁延安路车站主体Ⅱ部侧穿冠业大厦工程为背景,通过对空腔存在下的萨式公式进行回归,重新确定单段最大起爆药量,并结合多自由面存在下的减振作用,优化原爆破方案的单段最大起爆药量、掏槽型式、炮孔间排距、起爆网路等爆破参数。结果表明:优化后的全断面一次起爆方案不仅将爆破振速控制在0.7cm/s的以内、消除了落石危险,而且每爆破循环减少用时1h,节约雷管20发,节约炸药13.35kg。     

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.     

爆破振动对地质遗迹影响的数值模拟分析

根据对奇梁洞洞穴实地测绘,选取典型断面进行分析,应用有限元程序FLAC3D分析爆破振动对奇粱洞地质遗迹可能产生的影响.模拟计算静力作用和动力爆破振动速度,按照古迹振动标准0.2～0.4 cm/s,推算安全爆破控制总炸药量557.6 kg,确保奇梁洞地质遗迹的安全.     

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。     

四车道扩挖隧道爆破振动对新建隧道的影响

以泉厦高速公路大帽山隧道为工程背景,应用数值模拟方法从振动速度、振动应力和应力波3个方面分析得出沿扩挖隧道轴向动力特性,同时分析自由面对爆破地震波的影响.结果表明:距掌子面15m处振速衰减达50%,且在离掌子面10m处振速已经低于安全临界值;最大主应力峰值在距掌子面15m的范围内衰减最快,在离掌子面15以上时爆破振动影响逐渐趋于稳定;应力波在0.4ms时应力达到最大值13.3GPa,而在0.6ms时最大应力衰减到771.2MPa,只有0.4ms时的5.80%;自由面对爆破地震波的反射作用使能量损失55.6%,但先建隧道自由面使地震波反射叠加,从而使能量增加.     

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。     

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。     

研山铁矿露天爆破振动监测及分析

研山铁矿东帮边坡局部围岩风化比较严重,存在顺层层理面和垂直裂隙,在生产爆破等不利因素作用下有明显滑坡失稳可能。为了确保边坡的安全,需要进行爆破振动监测并提出相应的控制措施。通过对监测数据进行分析回归,得到爆破质点峰值振动速度及振动主振频率公式。结合东帮岩体力学性质,采用应力波理论确定东帮边坡临界质点振动速度为17.2 cm/s,安全允许振动速度为5 cm/s;同时给出了安全允许距离与最大同段药量之间的关系,为矿山生产爆破设计提供参考。     

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．     

灵宝县豫灵镇万米平洞岩爆控制试验

  豫灵镇10000m深平洞,在埋深超过800m、巷道穿越灰白色大理岩或灰岩时常发生岩爆事故。为了控制岩爆,依据巷道地压分布规律,借助爆破震动,引起巷道两帮和端面前方的应力峰值向岩体深部转移,释放部分集中应力,增强减压区的承载能力。本文通过现场最大超深比、最小超深比与最多超深孔数、最少超深孔数的正交爆破试验,得出呈三角形布置3个超深达到掘进循环进尺1.2~2倍的辅助眼可成功控制3400mm×3000mm巷道端面的岩爆。在巷道腰墙处离底面1.8~2.0m沿走向每间隔1.0、1.5、2.0m分别布置深2.0m的震动炮眼。试验表明,沿走向间隔不大于2.0m布置震动炮眼,可成功控制巷道两帮岩爆;如果震动炮眼间距偏小,可能在帮墙上产生爆破震动裂纹。     

隧道下穿民房爆破振动效应监测

依托右线隧道穿过民房正下方的福建省厦门市石堀山隧道工程,在民房第一、二层墙角处各布置一台自动化爆破振动仪,对爆破开挖引起的振动进行长期监测.结果表明:爆破振速整体上随着测点与掌子面距离的减小而增大;在三向振速中,垂向振速不一定总是最大,但主频小于30 Hz,垂向振速占比最多;分析时应综合振速与主频,选择优势分向振速,或根据建筑物固有频率,选择接近的主频对应的分向振速;当测点与掌子面距离为10~50 m时,爆破振度显著放大,而主频有一定的衰减,径向和垂向主频衰减至与房屋固有频率接近;当测点与掌子面距离为50 m内时,随着掌子面远离测点,振速影响系数C_v先增大后减小,主频影响系数C_f先减小后增大;空洞影响垂向最大,径向次之,切向最小;C_v最大值为3.4,C_f最小值为0.35.     

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.