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。     

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。     

锚固洞室拱部侧爆模型试验

通过室内模型试验,从洞室破坏形态、破坏过程、围岩径向应力、洞壁应变、拱顶和边墙位移、拱顶和底板加速度6个方面对直墙拱顶型锚固洞室在集中装药拱部侧爆条件下破坏情况和受力变形特点进行研究。试验结果表明:在拱部侧爆情况下,洞室破坏主要发生在迎爆侧半拱,破坏类型是在拱脚发生剪切破坏,在半拱中部发生拉伸破坏,洞室围岩径向应力是破坏的主要控制因素。洞室围岩以受压为主,变形主要表现为拱部和迎爆侧边墙向洞内发生位移。根据加速度测试数据,该类洞室设计时必需采取减震措施。     

减震孔在小间距隧道爆破开挖中的降振效应

为降低小间距隧道爆破开挖中爆破振动对既有隧道产生的影响,确保其正常运营,设置减震孔是一种有效的控爆措施。利用ANSYS/LS DYNA软件对减震孔在不同布置位置和形式的掏槽爆破进行数值模拟计算,发现:在传播方向上,随着减震孔与爆源距离L的增大,质点水平方向峰值振动速度和质点峰值振动速度先减小后增大,而质点垂直方向峰值振动速度相反。当距离L为1 m时,布置双排梅花形减震孔效果最好,减振效率为10%～20%,其中垂直方向减振效率最高达到45%,并将小间距既有隧道中墙体迎爆侧破坏作为安全评价基准。通过理论计算得出减震孔在隧道爆破中的衰减规律,为爆破振动强度的预测提供依据。     

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。     

隧道近接施工中的爆破方法与数值研究

当前国内常使用近接施工方法开展隧道施工，但由于一些施工环境较为复杂，如果不对爆破方案进行优化，会增加施工人员伤亡和发生经济损失的风险。因此此次研究以国内某采用近接施工方法施工，且靠近一个已知隧道的隧道施工工程为案例，为其设置具有一定通用性的爆破方案并布置爆破振速数据收集系统。收集数据的分析结果显示，使用单一函数拟合峰值振速的效果并不够好。迎爆侧的振动效应明显大于背爆侧，同时背爆侧的峰值振速较小、分布更为集中。对于新建隧道，使用钻爆+机械的混合开挖方式较掌子面掏槽爆破施工方式能降低爆破带来的振动不良影响。     

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.     

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。     

坑道截面形状对化爆冲击波传播规律的影响程度分析

为了弄清坑道截面形状对化爆冲击波传播规律的影响,采用LSDYNA动力有限元软件对不同形状坑道内化爆冲击波的传播过程进行数值模拟和对比分析.研究表明:采用合理的有限元模型可以有效地模拟坑道中化爆冲击波的传播过程;化爆冲击波在不同截面形状坑道内的衰减规律基本一致,但冲击波超压峰值有显著差异;圆形坑道内化爆冲击波超压峰值最低,是直墙圆拱形坑道内的60%左右,正方形坑道内超压峰值最高,是直墙圆拱形坑道内的300%左右;工程设计时,必须考虑坑道截面形状对冲击波的影响,宜尽量采用圆形坑道.     

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.     

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.     

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.     

基于量纲分析的戈壁地区爆破振动衰减模型

为了建立预测精度较高的戈壁地区爆破振动衰减模型,首先在大量现场爆破振动监测的基础上回归得到了传统的萨道夫斯基公式；进一步通过分析与爆破效应相关的物理量,基于量纲分析法推导了可以反映柱状装药特征的成排深孔爆破振动速度预测公式；最后将推导得到的爆破振动速度预测公式与传统萨道夫斯基公式进行现场应用,验证本文爆破振动公式的准确性。研究结果表明,本文爆破振动公式在三个方向上(水平径向、水平切向和垂直向)的振动速度预测精度均高于萨道夫斯基公式,后者预测值的平均相对误差约为本文爆破振动公式的两倍。研究结果可为爆破振动的分析、预测以及安全评价提供参考依据。     

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.     

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。     

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.     

模型试验单孔爆破振动信号时频分析

以地下工程常见的直墙半圆拱形硐室为原型,借助胶结砂相似材料开展单孔爆破相似模型试验,并监测爆破过程中相似模型试件顶面的爆破振动信号,随后采用HHT法对3个方向爆破振动信号的时频特征进行分析。爆破振动监测表明,在3个方向爆破振动信号中,竖向爆破振动峰值最大,水平径向次之,水平切向最小。3个方向爆破振动信号IMF分量能量分布表明,爆破振动信号优势能量集中分布于主振频率所在的几个IMF分量。HHT分析表明,3个方向爆破振动信号集中分布在0.03~0.07 s时域内;爆破振动信号频域成分丰富,但其在频域内分布不均匀;对于水平径向,爆破振动信号集中分布在111~312 Hz频域内;水平切向集中分布在171~323 Hz频域内;竖向则集中分布在128~209 Hz频域内。     

白莲河抽水蓄能电站地下厂房爆破振动传播规律研究

在地下厂房导洞、排水灌浆廊道开挖过程中进行爆破振动检测试验研究,回归出现场基岩爆破质点振动速度衰减规律．以试验得出的爆破振动传播规律确定地下厂房开挖爆破参数,通过监测、控制保护对象安全质点振动速度,保证白莲河地下厂房开挖施工满足设计要求．