海底新建隧道爆破对既有隧道的振动影响研究

以青岛地铁1号线海底隧道和胶州湾海底公路隧道为工程背景,应用ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行研究,分析爆破作用下既有隧道的振动响应特征,建立4个模型分析海水深度对爆破振动的影响。结果表明:既有隧道中,最大爆破振速出现在对应掌子面迎爆侧上方,迎爆侧振动速度大于背爆侧,前者为后者的1.6～2.7倍;在既有隧道横断面上,三向振速及其衰减速率均表现为径向振速切向振速垂向振速,表明既有隧道空间对垂向振速的削减作用最小。在既有隧道轴向上,合振速关系表现为迎爆侧拱腰迎爆侧拱脚拱顶,对应掌子面前方振速大于后方,前者为后者的1.07倍。在隧道拱顶与海平面距离相同的条件下,既有隧道中各向振速随海水深度的增加而增大,但海水深度对爆破振速衰减速率的影响并不明显。     

等效荷载法在超大断面公路隧道爆破数值计算中的适用性

为了探究选取最优的计算方法研究超大断面公路隧道爆破施工对先后行隧道的影响,分别采用流固耦合法、初始体积分数法和等效荷载法建立单孔爆破有限元模型模拟单孔耦合装药情况下的爆破过程,从岩体破碎效果、计算效率等方面对比选定等效荷载法为最优的计算方法,并建立隧道数值模型应用等效荷载法计算研究后行隧道爆破对先后行隧道结构的影响,结果表明：（1）后行隧道爆破施工时先行隧道综合振速显著区域出现在隧道掘进方向上,逆隧道掘进方向隧道衬砌动力响应程度较小;（2）先行隧道受影响最大位置为迎爆侧右边墙,影响最小位置出现在背爆侧左拱脚;（3）后行隧道监测断面振速最大值出现在左拱腰位置,施工时要重点监测。     

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。     

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。     

不同间距邻近爆破载荷下隧道破坏规律及动态响应研究

试验研究和数值分析是研究不同间距邻近爆破载荷下隧道动态破坏问题的有效手段。通过试验研究发现,当间距较小时,迎爆侧呈三角形破坏,背爆侧表现为起拱点和底角的裂纹扩展,且随间距增加,破坏程度逐渐减弱。通过LS-DYNA数值模拟研究发现,当炸药量一定时,随间距的增加,起拱点位置振速峰值呈指数型衰减,当间距小于3D时,衰减较快,且振速峰值大于安全振速,位于危险间距内;当大于3D时,衰减缓慢,位于安全间距内。迎爆侧振速峰值最大区域分布在直墙中部至起拱点位置,直墙中下部和拱形部位次之。      

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。     

地铁隧道施工中钻爆强度对公路路基沉降的影响

以青岛地铁君峰路-西流庄区间隧道为依托工程,运用有限差分软件FLAC~(3D)建立隧道开挖模型,研究地铁隧道开挖时爆破强度过程中路基的位移变化,并分析其沉降槽参数的变化规律。以弥补钻爆法地铁隧道施工对路基的影响目前研究较少的不足。研究结果表明:随着振速峰值在1.0～2.2 cm/s增加,路基沉降不断增长;振速峰值达到2.0 cm/s后,初始开挖面处的路基竖向位移出现上浮;随着振速峰值的增大,路基竖向位移斜率不断增大,且斜率的增长速度加快;钻爆法地铁隧道开挖过程中,路基沉降曲线符合Peck公式。通过研究得到振速峰值在1.0～2.2 cm/s时,路基沉降值最大值S_(max)计算公式。随着振速的变化,沉降槽宽度i的变化规律并不明显。     

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。     

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。     

隧道近距下穿管线的爆破振动特征及安全标准

采用ANSYS/LS-DYNA软件中的ALE算法建立隧道-地层-管线三维数值模型,在地面测试爆破振动,验证数值模型可靠性;研究隧道爆破振动下地下管线横向和纵向的峰值振速和应力响应特征,探究管线和周边围岩的振动响应差异;分析净距、掏槽起爆药量和周边岩土性质对管线振动的影响。研究结果表明:数值模型中,地面测点的振速峰值与现场实测振速峰值相对误差均不超过5.0%;隧道爆破地震波引起管线横断面底部的峰值振速最大,中部次之,顶部最小,而管线中部的峰值拉应力最大,底部次之,顶部最小;沿管线纵向各点的振速峰值和拉应力峰值均出现在距离爆源0～4 m处,并随着与爆源距离的增大而逐渐减小;接触面处管线各单元的峰值振速和振动频率均明显比相应位置处土层单元的大;地下管线的峰值振速和拉应力均随着净距减小、掏槽装药量增大而不断增大,且管线上部的峰值振速和拉应力增量要比底部和中部的小;当地下管线周边为含卵石砂层时,管线的峰值振速和峰值拉应力最大,地下管线周边为回填黏土和夯实砂土时则较小。根据最大拉应力强度理论,建议管线的最大振速控制在4.68 cm/s以下。     

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。     

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.     

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。     

玉象隧道爆破振动监测与分析

现行公路隧道受到偏压和浅埋的影响较大,在围岩稳定性不高的情况下,其爆破施工会对隧道产生一定影响。广西玉象隧道围岩级别为V级,从洞口延伸至洞内120 m都属于偏压浅埋段,文中通过对该隧道浅埋段衬砌结构振速进行监测,并根据监测数据进行回归分析得到拟合公式,给出测试条件下的爆破参数建议值,同时,通过拟合公式预测距离掌子面较近衬砌结构的振速,并根据结果对爆破方案进行动态调整,以保障施工的安全。研究方法和结果可对类似工程提供参考。     

新建隧道爆破对既有隧道衬砌的影响分析

主要通过分析某Ⅳ级围岩双孔平行隧道,采用MIDAS/GTS软件进行二维模型计算得出了爆破振速数据,分析出隧道埋深相同新建隧道与既有隧道间距不同情况下,新建隧道爆破开挖产生的振动对既有隧道衬砌迎爆侧的边墙的墙顶和墙腰之间部位影响最大,既有隧道衬砌的振动速度随着隧道间距的增大而减小.     

超浅埋地铁站通道爆破暗挖地表振动传播特征

结合武汉市轨道交通2号线工程背景,采用现场监测和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对超浅埋通道下台阶爆破开挖地表振动传播规律进行研究。同时,为研究上台阶开挖空间对爆破地震波传播特征的影响,对通道全断面爆破开挖的地表振动传播规律进行数值模拟分析。研究结果表明:下台阶爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,由于应力波的绕射,掌子面前方5 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点与爆源距离最小,但峰值振速并不是最大,且质点两侧2 m范围内,随着爆心距的增加,峰值振速不断增大。全断面爆破开挖工况下,沿通道开挖导洞轴线方向,掌子面前方2 m处地表质点峰值振速达到最大值;垂直于通道开挖导洞轴线方向,掏槽孔孔底连心线中点正上方地表质点峰值振速最大,且随着爆心距的增加,峰值振速不断减小。对比通道下台阶爆破开挖和全断面爆破开挖2种工况下地表质点振动特征,上台阶开挖空间的存在阻隔了应力波的传播,在一定空间范围内影响爆破地震波的传播特征,能够有效降低地表质点峰值振速。     

岩溶隧道掘进爆破震动效应分析

针对岩溶地区隧道爆破开挖对溶洞围岩和施工安全的直接影响,对广东清(远)连(州)高速公路白须公隧道救援通道爆破震动进行了监测。通过对溶洞壁的质点振动速度峰值统计分析,总结了爆破地震波在溶洞壁上的衰减规律,得出了隧道爆破对于临近溶洞的安全质点振动速度峰值。监测结果表明:隧道爆破震动中,相邻的溶洞壁径向的振动速度较小,垂直切向和纵向的振速相当;随着比例药量的减小,垂直切向和径向的振速逐渐接近。     

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     

土岩复合地层条件下爆破振速衰减模型优选

随着城市化进程的加快,地下工程建设日益增多,爆破施工是较常见的一种施工工法,对周围建筑物和已有线路的影响较大.爆破药量、爆心距和高程差等因素的不同都会使爆破振速产生较大的差异,造成不可挽回的影响.为了优选更合理的爆破振速衰减模型对预测爆破振动效应,以青岛地铁某线施工为背景,采用多段爆破的爆破方式,设置多个监测点记录爆破振速,对比分析不同爆破振速预测模型效果和适用性,并在此基础上进行模型优化.结果表明:爆破振动在地面传播过程中空洞效应的影响较大;爆破振动效应是多种因素综合作用的结果,模型涉及因素越多,则爆破振速预测模型的结果与实测值越接近;根据空洞效应建立的分段预测模型能有效地预测爆破振动在地面的衰减规律,可被类似工程借鉴.面对复杂的爆破施工场地,应根据条件进行爆破振速衰减模型的选择.