断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题。以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据。结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速衰减幅度普遍大于相邻围岩段;隧道二衬剪应力峰值位于拱顶处,拉应力峰值位于拱脚处;结合应力与振速关系,建立基于二衬极限强度的爆破振动安全判据,分析得到隧道衬砌在断层带影响下更容易失稳,在龙南隧道爆破条件下衬砌爆破安全振速为10 cm/s,爆破施工单段最大药量为23.89 kg。     

断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性与安全判据

针对隧道爆破开挖穿越断层破碎带时,围岩松散、破碎,易造成隧道结构失稳的问题。以龙南隧道爆破施工为工程背景,依据现场爆破振动测试结果,建立ANSYS/LS-DYNA动力有限元数值模型,研究了断层带影响下隧道二衬结构爆破振动特性,提出了以应力为控制标准的振速安全判据。结果表明:隧道拱脚处振速衰减最快,破碎带内隧道各部位振速衰减幅度普遍大于相邻围岩段;隧道二衬剪应力峰值位于拱顶处,拉应力峰值位于拱脚处;结合应力与振速关系,建立基于二衬极限强度的爆破振动安全判据,分析得到隧道衬砌在断层带影响下更容易失稳,在龙南隧道爆破条件下衬砌爆破安全振速为10 cm/s,爆破施工单段最大药量为23.89 kg。     

爆破施工对邻近既有隧道的振动响应研究

针对新建隧道爆破施工影响邻近既有隧道结构的安全性和稳定性,以新建的衢宁铁路五都隧道为依托,采用LS-DYNA动力有限元程序建立小净距隧道爆破振动数值模型,分析既有隧道关键部位在受邻近爆破影响下的振动速度和应力;并结合现场监测数据,对新建隧道爆破施工中既有隧道结构的振动响应进行研究.研究结果表明:在合理的炸药当量下,既有隧道结构能承载爆破引起的有害振动;既有隧道在距离爆破点最近的断面振动速度达到峰值且衬砌中迎爆侧墙腰区域振动速度峰值和应力峰值最大.当爆破荷载达到破坏隧道衬砌混凝土破坏极限时,在动荷载作用下,破坏自墙腰部位起始,拱顶、拱脚和墙腰混凝土衬砌出现拉伸破坏,底板出现剪切破坏;在相同规模荷载作用下,既有隧道迎爆侧衬砌振动速度峰值与围岩级别呈正相关关系,对围岩薄弱的地区,应注意加强防护.     

隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆动力响应特征及安全控制研究EI北大核心CSCD

明晰隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆的动力响应特征,保证锚杆支护系统的安全稳定是隧道高效建设及安全运行的关键。基于龙南隧道各级围岩爆破开挖工程,采用动力有限元数值模拟软件ANSYS/LS⁃DYNA,分别建立不同围岩级别、不同注浆龄期砂浆锚杆爆破开挖动力有限元计算模型,分析隧道爆破作用下各部位砂浆锚杆的动力响应特征与失效机制。研究表明,各级围岩爆破开挖时,隧道拱顶的锚杆振动速度与轴力均最大,锚杆部件端部为最危险点,沿隧道轴线方向,锚杆的振动速度与轴力均随爆破距离的增大而不断衰减;各部位的锚杆峰值振速随着注浆龄期的增加而减小,轴力随注浆强度的增加而减小,其剪力值也会减小;拱顶锚杆的轴力值与峰值振速具有线性关系,其与围岩级别以及龄期的大小有关,根据锚杆安全轴力可以计算得到不同围岩级别、不同养护龄期隧道爆破开挖砂浆锚杆的安全控制振速。     

大型地下厂房开挖爆破振动动力响应数值模拟

针对向家坝水电站主厂房爆破施工诱发振动效应对围岩稳定及相关结构安全性影响,通过动力有限元数值模拟,研究地下厂房在开挖爆破振动荷载作用下动力响应。结果表明,顶拱拱脚处质点振速及拉应力最大,拱脚以上质点振速及最大拉应力迅速衰减;岩锚梁黏结面底部或顶部拉应力最大,与水平向质点振速相关性较好;高边墙质点振速与最大拉应力随高差增加而减小。综合分析数值计算结果与大量爆破振动实测数据,建议围岩及混凝土龄期大于28d的岩锚梁安全质点振速分别取15 cm/s及10 cm/s,且有一定安全储备。     

下穿地铁隧道爆破作用下人防隧道的动力效应

隧道爆破作用下邻近既有隧道的安全性是爆破施工中的重点关注内容,以武汉地铁8号线洪山路站至小洪山站区间隧道爆破开挖为例,研究下穿地铁隧道爆破作用下上方既有人防隧道的动力效应.使用LS-DYNA建立了隧道爆破有限元数值模型,并结合现场振动监测数据验证数值模型的可靠性,对人防隧道的动力响应特征进行研究.现场测试和数值模拟研究表明:随着爆心距的增加人防隧道衬砌结构质点峰值振速(PPV)逐渐减小,PPV最大值出现在爆源正上方;人防隧道衬砌结构稳定性受拉应力控制,隧道底板和拱顶主控拉应力为隧道环向,边墙主控拉应力为垂直方向;衬砌结构最危险截面位于爆源上方,此截面最可能破坏的位置是迎爆侧拱脚,破坏方式为从内至外的拉破坏.基于极限抗拉强度计算分析得到的隧道衬砌结构振速安全阈值为14.9 cm/s.     

隧道掘进爆破下新浇二次衬砌的动力特性

现场监测福平铁路新鼓山隧道掘进爆破诱发的新浇二次衬砌上质点的振动速度,将现场实测的最大振动速度与《爆破安全规程》(GB 6722-2014)中新浇混凝土的安全允许振速比较,并讨论振速沿二次衬砌里程的空间分布规律。利用有限元软件ANSYS/LSDYNA对不同的工况进行模拟,分析表明,仅选取新浇二次衬砌离掌子面最近处的横断面进行爆破峰值振速监测,不能真实反映隧道掘进爆破对新浇二次衬砌的影响,应以距离掌子面最近面后方2m处的拱顶作为重点监测对象。并建议当新浇二次衬砌与掌子面距离过近时,宜在衬砌中添加钢筋网以保护衬砌,为类似二次衬砌的监测工作提供参考。     

隧道掘进爆破下新浇二次衬砌的动力特性

现场监测福平铁路新鼓山隧道掘进爆破诱发的新浇二次衬砌上质点的振动速度,将现场实测的最大振动速度与《爆破安全规程》(GB 6722-2014)中新浇混凝土的安全允许振速比较,并讨论振速沿二次衬砌里程的空间分布规律。利用有限元软件ANSYS/LSDYNA对不同的工况进行模拟,分析表明,仅选取新浇二次衬砌离掌子面最近处的横断面进行爆破峰值振速监测,不能真实反映隧道掘进爆破对新浇二次衬砌的影响,应以距离掌子面最近面后方2m处的拱顶作为重点监测对象。并建议当新浇二次衬砌与掌子面距离过近时,宜在衬砌中添加钢筋网以保护衬砌,为类似二次衬砌的监测工作提供参考。     

隧道明挖段拉槽爆破时既有隧道结构动力响应特性

研究确定拉槽爆破开挖对既有隧道结构的影响特征是制定正确合理控制爆破方案的前提。为此,以雅山隧道明挖段岩体拉槽爆破开挖为背景,利用数值模拟和现场爆破试验研究浅孔拉槽爆破时下部既有隧道结构的振动特性。数值模拟结果表明:在既有隧道上部进行浅孔拉槽爆破时,既有隧道衬砌各质点的竖向振动均明显较水平振动强烈,对爆破振动控制起主要作用;距爆源较近一侧隧道拱肩衬砌的质点竖向振速峰值为最大,且其随单段起爆药量增加而显著增大;既有隧道衬砌上的竖向质点振速峰值与Von-Mises应力间呈明显线性关系,当衬砌振速阈值设定为4.5cm/s时,既有隧道衬砌的动力安全系数为2.0。现场试验结果证明了利用数值模拟方法可有效指导拉槽爆破开挖和爆破振动测试方案的制定,并据实测振动数据回归分析得到了可优化设计拉槽爆破单段起爆药量的计算公式。     

立体交叉隧道爆破振动响应分析

为了研究两隧道立体交叉时上方新建隧道爆破对下方隧道的影响,通过数值仿真分析上方隧道采用两种不同方法爆破施工对下方隧道衬砌的影响。结果表明:上方隧道采用两台阶法下台阶爆破时,下方隧道衬砌振速最大值超过了振速阈值;采用三台阶爆破时,下方隧道衬砌振速明显减小,且振速均在安全阈值之内;上方隧道爆破后,下方隧道衬砌拱顶振速和振动加速度圈从内到外衰减。爆破振动使下方隧道衬砌在拱顶处出现应力最大值。两台阶与三台阶爆破振速相比,三台阶法预留下台阶可以使振速衰减的更明显。     

爆破开挖附近地铁隧道振动监测数值分析

利用计算机数值模拟技术分析在既有地铁隧道附近进行隧道开挖时,使用掘进爆破对邻近地铁隧道的振动影响情况。通过计算爆破工作面距离地铁隧道不同位置的工况,得出地铁隧道截面各处的振动峰值速度,并与实际测量值进行比较分析,由此得到实际测点处速度峰值与地铁隧道内最大振动速度峰值的比值曲线和分布函数,从而对基于爆破振动安全阈值下的地铁隧道振动进行控制,对类似工程爆破振动监测可提供一定参考。     

爆破开挖附近地铁隧道振动监测数值分析

利用计算机数值模拟技术分析在既有地铁隧道附近进行隧道开挖时,使用掘进爆破对邻近地铁隧道的振动影响情况。通过计算爆破工作面距离地铁隧道不同位置的工况,得出地铁隧道截面各处的振动峰值速度,并与实际测量值进行比较分析,由此得到实际测点处速度峰值与地铁隧道内最大振动速度峰值的比值曲线和分布函数,从而对基于爆破振动安全阈值下的地铁隧道振动进行控制,对类似工程爆破振动监测可提供一定参考。     

爆破振动对新浇混凝土影响的试验研究

为探究新浇混凝土受爆破振动作用下的安全振速,以保证混凝土结构的可靠性,采用露天深孔爆破作为振源,对龄期为6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的C40混凝土分别在2~10 cm/s的爆破振速下进行试验。通过测试各龄期试件在受振动扰动后的纵波波速及抗压强度,分析得出:龄期为6 h和12 h时,2.3 cm/s的爆破振速能够使混凝土产生大于0.05的损伤以及5%以上的强度折减;龄期为36 h和48 h时,能够对混凝土造成损伤和强度折减的振速为4 cm/s,36 h龄期为混凝土抗振能力提升的拐点;龄期为72 h时,混凝土表现出明显的抗振性能。最后,以损伤不大于0.05和强度折减不大于5%双重指标,给出龄期为6 h、12 h、36 h、48 h和72 h的混凝土安全振速分别为2 cm/s、2 cm/s、4 cm/s、5 cm/s、7cm/s。为完善新浇混凝土在爆破振动下的安全标准提供参考。     

小净距隧道后行洞爆破对先行洞的振动影响分析

为分析后行洞爆破施工时对先行洞造成的影响,依托蒙古道隧道工程并以大断面小净距隧道为研究对象,进行有限元数值模拟。结合现场测试对现场爆破后振动测试信号进行HHT分析,确定了爆破振动影响信号的时频特征。研究表明：当后行洞在进行爆破施工时,先行洞初期支护的垂直振动速度和切向振动速度都明显的小于径向振动速度;后行洞迎爆侧的径向振动速度明显大于背爆侧,后行洞爆破的最大振动速度相对应的频率主要集中在20～80 Hz之间。受后行洞爆破影响,小净距隧道的先行洞迎爆一侧的拱脚处出现拉应力易导致隧道衬砌出现拉伸破坏,建议在该部位进行喷射钢纤维混凝土等措施进行加强。     

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。     

结构尺寸与龄期对混凝土爆破振动响应的影响

为探索新浇大体积混凝土在爆破振动作用下,混凝土结构尺寸及龄期两大因素对其振动响应的影响,采用数值计算方法,分析了多种工况下的混凝土动态响应,比较了不同结构尺寸混凝土的抗振能力大小。结果表明：相同龄期下板状结构的抗振能力最好,柱状次之,正方体最差;随着结构体积的增大,混凝土的爆破振动允许值明显降低。类比实际工程,计算了上下游爆破时重力坝式结构的混凝土动态响应。结果表明：坝踵处混凝土的安全性最高。最后,结合混凝土结构尺寸与龄期因素,提出了新的安全质点峰值振动速度控制表。     

隧道扩挖既有衬砌的爆破拆除

以浙江温岭楼山隧道扩挖工程为背景，采用ANSYS数值模拟软件对两种工法下隧道拱顶既有衬砌的爆破拆除方案进行对比，研究不同的爆破开挖方案对隧道周边岩土体及既有隧道产生的影响。其中，工法一对隧道I部分衬砌及上方I部分岩土体同时进行开挖；工法二则对上述两部分进行分部开挖。通过对两种工法下监测点的振动速度进行研究分析，并参考GB 6722—2014《爆破安全规程》，对比选出合适的爆破拆除方法。结果表明:两种工法左侧未开挖隧道的振动速度均低于安全标准；工法一的爆破振动速度相对较大，隧道右洞质点振动速度大于安全允许值；采用Matlab对右洞监测点的振动速度进行拟合，获得了爆破振动衰减规律。     

爆破振动对新浇混凝土灌注桩影响的数值模拟

采用数值模拟方法，对新浇混凝土灌注桩在爆破振动作用下的动态响应进行了分析。考虑到混凝土的徐变、自身体积变形及弹性模量随时间的变化，计算了在温度变化和爆破振动荷载作用下，混凝土及周围岩体的应力分布情况。     

水电站新浇混凝土爆破振动安全控制技术

为控制水电站新浇混凝土爆破振动安全,基于老挝南公1水电站,在溢洪道二、三级消力池爆破开挖时,对闸室段新浇混凝土进行多次爆破振动监测。结果表明溢洪道内爆破振动传播满足指数衰减规律。最后提出相适应的新浇混凝土爆破安全控制标准,采取控制单响药量、施工顺序等有效爆破控制方法,可确保新浇混凝土爆破振动安全性,从而保证工程施工质量。     

新建隧道爆破对下部近接运营高铁隧道影响分析

以赣深高铁一级风险隧道——伯公坳1号隧道为背景,研究新建隧道爆破施工时,近接既有隧道衬砌结构的动力响应。采用Ansys/Ls-dyna有限元软件建立试验段数值模型,将现场实测振速与模型计算振速作对比,反演围岩介质参数,验证了数值模拟的可靠性。以试验段参数为基础,进一步构建了两隧道交叉段的数值模型,由此分析交叉段既有隧道衬砌结构的振动衰减规律,提出交叉点处最不利工况的减振措施。研究结果表明：既有隧道拱顶振速最大,底板振速最小;交叉点前后方30 m范围内,拱顶振速约为迎爆侧边墙振速的2.0～2.3倍,1.6 cm/s的控制振速是针对既有隧道全断面而言的,因此其边墙部位的监测预警值应取为0.8 cm/s;掏槽孔反向起爆时,大部分的爆炸能量向未开挖区域传递,所以既有隧道对应于新建隧道已开挖区域的振速衰减速率比未开挖区域的要大;试验段的爆破方案不再适用于交叉影响段,在将进尺缩短至1.0 m,掏槽孔药量减小至9.86 kg后,能够在兼顾工效和爆破影响的前提下,将既有隧道二衬振速控制在安全标准以内。