土石交界隧道爆破开挖数值分析

运用FLAC3D对黑山隧道土石交界段爆破开挖时爆破振动对隧道稳定情况的影响进行了数值分析.采用球面爆破冲击波的方法对爆破开挖进行了数值模拟,根据数值模拟结果提出了安全装药量,最后就其在爆破控制中的应用进行了分析.研究表明隧道爆破开挖过程中,拱顶及两侧拱腰底部发生了明显的应力重分布现象,拱顶土体对爆破振动敏感,易于发生塑性破坏,中部土体也有部分破坏,但并不影响开挖.     

下穿文保建筑隧道爆破的数值模拟与安全分析

从工艺技术和经济技术2个方面考虑,硬岩地区地铁隧道开挖选择爆破开挖最为合理,但隧道爆破产生的地震效应会对地表建筑造成危害,要选择合理的控制爆破震动方法就需要对爆破震动效应进行研究。文章采用显式动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA3D对实际隧道爆破工程中的掏槽爆破进行数值模拟,该数值模拟能进行爆破振动速度的时程分析,评价爆破方案的安全性。     

马蹄形隧道掏槽爆破三维数值模拟

文章利用ANSYS/LS-DYNA软件,采用三维数值计算方法,对马蹄形隧道掏槽爆破过程进行了动态模拟,得出一些有参考价值的结论。隧道岩石爆破时,应对危险区域进行监控,充分利用自由面对爆破效果的有利影响。     

后祠隧道爆破振动现场监测与控制技术

新(扩)建隧道爆破施工不可避免地对既有隧道的通行安全产生影响。依托福建漳龙高速公路后祠隧道扩建工程,对隧道改扩建工程爆破施工的振动监测以及控制技术进行研究。通过现场监测与数值模拟相结合的方法,研究了爆破施工对既有隧道的振动影响,并对现有的爆破施工方案进行优化。研究结果表明:现有方案下新建隧道爆破施工不会危及左侧老洞的安全,新、扩建隧道爆破施工对既有隧道产生的振动响应存在一定的不同,建议掏槽孔各孔间延时时间定为15 ms,既有右侧隧道原位扩建时应当首先开挖左侧岩体。     

隧道掘进爆破破岩数值模拟及应用研究

为研究隧道掘进多孔毫秒延期爆破条件下的岩体破碎和爆破振动规律,采用完全重启动数值模拟技术和拉格朗日数值算法计算隧道掘进爆破破岩过程,得到了岩体特征点的振动速度,并将数值模拟评估的爆破方案应用于工程实践,数值模拟与工程实践结果比较吻合。结果表明,联合完全重启动数值模拟技术和拉格朗日算法能够模拟隧道破岩的物理力学过程。      

盾构隧道联络道爆破施工优化

针对盾构隧道间联络道爆破对既有盾构隧道结构造成的不良影响,对隧道的爆破施工方案进行优化,并利用有限元数值模拟软件建立数值模型,分析不同爆破位置对隧道管片稳定性的影响.模拟结果表明:当联络道掌子面与管片距离为0时,在隧道管片上出现较高的应力集中,盾构隧道管片是极不稳定的;将桶形掏槽调整为渐进式螺旋掏槽,并增加崩落眼的延时间隔数量,主应力值降低较明显,最大降幅63.45％,开挖轮廓内外的螺栓应力分别降低了77.23％、72.36％,降低后的应力均小于螺栓的屈服强度.位移仅为2.6mm,较优化前降低了27.78％,由此可知此时管片是安全的.     

相邻隧道围岩爆破振动影响规律研究

爆破施工会引发相邻隧道围岩振动,而振动强弱与隧道净距和联络通道相关,因此有必要对这两方面因素的影响规律开展研究。通过数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立有联络通道和无联络通道相邻隧道爆破振动分析模型,分析无联络通道模型中隧道净距对先行隧道x轴爆破振动速度的影响;同时分析有联络通道模型中联络通道对先行隧道x轴爆破振动速度的影响。研究结果表明,迎爆面拱腰处质点为先行隧道最危险质点;后行隧道掌子面爆破的振动影响范围为2.5倍隧道洞径;联络通道对相邻隧道的爆破振动影响范围为5倍隧道洞径;平行于爆破平面的联络通道对相邻隧道围岩的爆破振动影响最大。     

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。     

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.      

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．     

地铁隧道爆破开挖引起地表位移沉降的数值模拟

以珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程隧道为依托工程,针对地表受到隧道开挖及爆破的影响引起的沉降问题,运用有限差分软件FLAC3D建立隧道开挖的数值模型,模拟隧道在爆破荷载作用下引起的地表沉降并分析其沉降规律。研究结果表明:在隧道单线洞壁施加爆破荷载后,隧道掌子面和一定范围内的开挖区地表位移沉降对隧道爆破开挖的响应较大,其地表沉降最大值为21.48 mm;在单线隧道爆破开挖引起地表沉降稳定后,进行第2条线隧道爆破开挖时,随着隧道已开挖区至隧道掌子面的距离增大,隧道地表最大位移沉降位置由两线隧道中心向两线隧道地表转变,沉降幅度与到隧道掌子面的距离有关;距隧道开挖掌子面越近,沉降量越大,最大沉降为32.99 mm。     

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。     

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。     

四面山砂泥互层隧道爆破参数优化研究

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证,并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案,并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案,将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合．研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。     

特大断面车站隧道爆破开挖对地表建筑物的影响

对于采用钻爆法施工的城市隧道,不可避免地存在爆破开挖对邻近建筑物的影响问题。因此,研究爆破振动对地下洞室的影响,不仅具有重要的理论意义,同时也具有重要的工程意义。重庆轻轨大坪车站隧道最小埋深仅4m,最大跨度26.3m,地面人口密集,建筑物林立。采用浅眼多循环,分部开挖,增设周边减震眼及严格控制药量等措施,通过数值模拟爆破震动效果,并与实测结果对比来进行研究,有效地控制了爆破地震动强度,爆破对建筑物没有产生损坏,说明采用的隧道施工新方法和爆破药量是可行的,从而为复杂条件下的特大断面城市隧道施工参数和爆破参数的确定提供了重要的依据。     

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。     

破碎岩层中隧道爆破的装药设计

为了提高破碎岩体中隧道爆破的爆破效率,并做到最大限度降低爆破对隧道围岩的损伤,有效保护隧道围岩稳定性,对破碎岩层中的隧道爆破装药设计进行了研究.分析了炸药品种选择,装药量确定,装药结构,以及周边眼起爆方法及相应的参数计算方法.结果表明,采用低爆速炸药进行爆破,并针对所用炸药品种进行爆破参数确定,采用空气柱间隔装药,周边眼实行隔炮眼分段起爆,并进行相应周边眼参数设计等有利于获得良好的爆破效果.本文方法对加快隧道施工速度,同时降低爆破引起的隧道围岩损伤,有效保护隧道围岩具有参考价值.     

爆破施工对邻近隧道安全的影响

城市交通工程新建隧道爆破施工会对近邻既有工程的衬砌结构产生影响,严重时会影响既有工程结构的安全.本文基于数值模拟方法,计算分析了4种最危险施工条件下,新建崂山隧道爆破对既有仰口公路隧道的影响.结果表明:崂山隧道的进、出口及中间段,爆破施工对既有仰口隧道的左线影响有限,对较远处右线的影响较小.在崂山隧道进口、出口和垂直距离最近处,计算结果都远低于我国《爆破安全规程》(GB 6722-86)规定的交通隧道安全振动速度标准值15 cm/s.但在崂山隧道断层破碎带(F5)爆破施工最危险条件下,计算速度最大值达到15.26 cm/s,该值已达到安全振动速度规定的临界值下限,建议施工过程中需要采取必要的工程安全措施.     

城市浅埋隧道爆破原理

城市隧道以浅埋居多,对于岩石隧道掘进当前以钻爆法为主.城区浅埋隧道爆破区别于普通的山岭隧道体现在三个方面.一是,浅埋隧道本身的围岩分布在Ⅳ～Ⅵ级,爆破对围岩的扰动大.二是,城区需要保护的房屋类型多、地下管线复杂.三是居民对爆破振动承受能力弱,常常出现“爆破扰民”与“民扰爆破”现象.该文以大连地铁的浅埋隧道爆破施工为背景,分析柱状装药爆破理论,减轻爆破对围岩的破坏;给出了更人性化的爆破振动速度控制指标,尤其对地下管线给定爆破振动控制指标.为实现爆破振动控制,综合利用孔内外毫秒微差延时爆破技术,并对爆破振动测试给出布点依据.所有这些对城市浅埋隧道爆破原理进行系统阐述,对未来城市轨道交通建设有指导意义.