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.     

城市暗挖隧道爆破地震波传播规律研究

城市暗挖隧道爆破施工引起的地表振动效应是影响地表建(构)筑物安全的重要因素之一。基于数值模拟、实测数据验证和量纲分析方法对不同埋深隧道爆破地震波在邻近地表一定范围内的反射叠加规律和地表振动速度衰减规律进行研究。研究结果表明:城市暗挖隧道爆破产生的地震波在邻近地表一定范围内会出现反射叠加现象,其影响范围随隧道埋深的增加而增大,反射叠加强度随隧道埋深的增加而减弱;论文提出考虑埋深影响的地表振动速度衰减计算公式能更好地反映地表振动速度的衰减规律。研究结果可为地震效应研究和工程施工提供参考。     

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.     

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。     

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     

小净距隧道爆破山顶石房楼层振动效应

根据泉厦高速公路扩建工程大坪山隧道爆破山顶房屋的爆破振动数据,分析振速沿楼层传播的分布规律,研究小净距隧道爆破地震波在山顶石砌房屋楼层的传播规律及其特性.同时,应用小波包理论分析,得出爆破地震波频谱特性、主振频率及能量分布随楼层变化规律.研究结果表明,楼房3层振速出现高程放大效应,第1水平振速与垂向振速的比值大于其上两...     

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。     

地铁浅埋隧道爆破振动效应试验与数值模拟研究

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,对地铁浅埋隧道爆破振动进行了多次监测试验,发现地铁浅埋隧道地表掌子面前后16 m监测范围内存在空洞效应现象,随着与掌子面距离由小变大,空洞效应现象出现先增强后减弱的趋势直至最后消失;运用LS-DYNA程序,采用拉格朗日算法和完全重启动相结合的方法对地铁浅埋隧道爆破振动进行数值模拟,也得出了地铁浅埋隧道地表掌子面前后存在空洞效应现象的结论,空洞效应现象存在的区域为掌子面两侧10 m范围内,空洞效应现象在掌子面两侧6 m处最为显著.通过将掏槽孔装药一次爆破调整为多分段爆破,减小了掏槽孔单段起爆药量,降低了掏槽孔爆破产生的地表振动效应.      

大跨矿山法隧道长距离下穿高压燃气管技术

地铁隧道穿越重大地下管线已成为地铁工程中重要的技术问题,依托于青岛地铁8号线河套停车场出入线区间长距离穿越DN630高压燃气管的案例,由于场线隧道断面大、埋深浅,所处地层节理裂隙密集发育、稳定性差,普通施工方法必然会造成较大的燃气管沉降;同时高压燃气管对爆破振动较为敏感,如何控制爆破振速是设计难点。文中通过数值模拟与现场实测相结合的方法,借助大型岩土有限元分析软件Midas NX,对大跨隧道穿越燃气管进行数值模拟;同时对现有燃气管线进行监测,获得沉降及爆破振速变化曲线。经综合分析与对比后,结果表明:管线沉降限值8 mm及爆破振速限值0.5 cm/s可保证高压燃气管的安全;采用无工作室大管棚技术并辅助其他工法优化措施可有效地控制管线沉降;采用减振孔减振技术,同时洞内尝试大直径中空孔直眼掏槽、导洞法、周边眼加密等措施可有效地控制爆破振速。研究成果对指导类似矿山法隧道穿越重大管线及重要建构筑物的设计和施工具有重要的参考价值。     

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.     

地形不对称条件下盾构隧道掘进施工的地表沉降特性

为解决盾构隧道掘进施工的地层扰动效应及其周边环境影响问题，依托福州地铁5号线农洪区间隧道工程，考虑刀盘顶推力、刀盘摩阻力、盾壳摩擦力和同步注浆压力，对其掘进施工过程展开精细化数值模拟，并与实测地表沉降结果进行对比分析.进一步地，引入宽度修正系数α,提出沿江不对称地形条件下的修正Peck公式；同时开展16种不同地形条件下的数值模拟，探讨岸坡距离与拱顶埋深对地表沉降特性的影响.结果表明：最大地表沉降S_max和宽度修正系数α,均随着岸坡距离和拱顶埋深的增大，呈近似线性的负相关趋势.上述研究可为类似条件下的盾构隧道施工提供借鉴.     

隧道爆破施工对附近房屋的振动监测与影响分析

爆破震动是隧道爆破施工危害之一,隧道掘进过程中应进行爆破震动监测。本文对茅台高速公路中枢隧道爆破开挖施工中产生的地表建筑震动进行监测与分析。通过现场监测掘进爆破引起的地表房屋不同位置处的地表振动速度波形,研究隧道附近的地表震动特性及其对房屋结构的影响。研究结果为现场爆破参数设计优化与施工安全管理提供了科学依据。     

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。     

钻孔爆破振动速度计算公式及其简化的探讨

针对萨道夫斯基公式不能反映钻孔爆破自由面尺寸影响的不足,提出了可体现自由面面积对爆破震动强度产生较大影响这一特点的钻孔爆破振动速度计算公式.通过人和场隧道掘进爆破的实测数据检验,钻孔爆破振速公式的准确率比萨道夫斯基公式高80%,且对于质点振动速度大于0.5 cm.s-1的测点,其相对误差不超过5%的测点数达90%以上.实测数据检验表明,提出的钻孔爆破振速简化计算公式,明显优于萨道夫斯基公式,且计算简便,更适合于工程应用.     

双线盾构隧道断面及相对空间位置对地表沉降的影响

通过FLAC3D数值模拟软件对黏性土层条件下双线盾构隧道引起的地表沉降特征及其变化机理进行了数值模拟研究,分析了隧道断面大小及双线隧道相对空间位置(如:考虑隧道断面尺寸影响的净埋深、净间距)等设计因素对双线隧道地表扰动范围、沉降曲线特征以及沉降量的影响。研究结果表明,隧道直径越大,地表沉降量最大值越大,地表沉降曲线不对称性越明显。双线隧道净埋深与净间距的比值C与地表沉降曲线形状密切相关,C1.50时地表沉降曲线为"W"型,地表沉降量较小,影响范围相对较大;C=1.50时为平底盆地型,C1.50时为"V"型,地表沉降量相对较大,但是影响范围较小。所得结论可为平行双线盾构隧道的规划和设计提供参考。     

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.      

爆破地震波引起远场拱坝振动的数值模拟

针对在爆破地震波数值模拟中,存在毫米级网格尺寸将导致模型网格数量巨大而无法计算的问题,采用等效爆破荷载法,避开传统方法中对炮孔形状的模拟,忽略对近场范围内结构的精确模拟,在保证振速峰值精度基础上适当增大网格尺寸,实现对爆破地震波引起处于爆破远场拱坝振动的数值模拟.最终,坝体振速峰值与实测值对比表明,二者符合较好,满足大坝爆破振动安全控制标准,可以作为类似工程爆破振动数值模拟的参考.     

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。     

复杂结构体系下隧道爆破震动对房屋影响的试验研究

依托福州妓山魁歧1号隧道建设工程.根据其埋深不同,左右两线高程不同的特点,采用全站仪和爆破震动自记仪,分别进行震动和沉降监测.左右隧道穿过房屋底部围岩后,房屋与隧道中夹岩形成"T"字型结构体系,通过对不同爆源位置的监测数据分析得出,此体系使房屋两端的质点振速峰值放大2倍,空洞效应明显;振速峰值与房屋层数成正比,上一层比下一层放大1.1倍;先行成洞隧道可作为"减震空洞",有效减弱后行洞开挖对先行洞侧向房屋的影响.通过沉降监测分析得出:隧道埋深不同,易导致上部房屋不均匀沉降而发生剪切破坏,应对基础做加固处理.     

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。