爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚拱顶拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

双线隧道爆破振动危害数值模拟研究

以某双线隧道为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA程序就爆破动荷载对隧道结构影响进行有限元分析,获得了掘进隧道和相邻隧道质点振速、单元最大主应力分布特征,计算得到质点峰值振速与实测结果相对误差不超过8%.数值模拟的最大主应力结果表明:掘进隧道右侧墙受爆破振动影响最大,拱肩次之,拱脚处爆破影响最小;相邻隧道迎爆侧受爆破振动影响严重,侧墙处影响最大,拱顶次之,背爆侧受爆破影响小.     

不同布置条件下邻近隧道掘进爆破对既有隧道的影响

采用动力有限元建立三维模型,并参考实际爆破振动速度,计算了开挖隧道位于既有隧道上部、左边和下部3种布置情况,通过分析既有隧道围岩的质点振动速度以及混凝土衬砌的应力分布,得出迎爆侧首先是纵波到达,因此垂直于壁面的质点振速要远远大于其他2个方向上的质点振速;随着应力波的传播,纵波的衰减指数大于面波的衰减指数.边界条件影响质点振动规律,质点振速在突变边界条件下的峰值衰减指数大于渐变边界条件下的衰减指数.另外,拱形结构的抗冲击荷载的能力大于平面的情况.     

隧道二次衬砌欠厚整治技术探究

二次衬砌厚度不足病害直接降低隧道结构的可靠度。以某隧道为研究对象,对左线和右线二次衬砌厚度不足病害进行整治,从纵向里程变化和横断面不同位置两个方面对病害进行统计分析,采用结构计算软件对衬砌结构受力进行数值模拟以验证整治效果,以期能够为隧道二次衬砌厚度不足病害整治提供借鉴。取得结果如下:(1)在横断面位置上,拱顶处二次衬砌厚度不足病害最严重,且由拱顶经拱腰至拱脚,缺陷率依次减小;(2)在纵向里程上,左线拱顶处ZK125+400~ZK125+800、拱腰处ZK126+200~ZK127+200、ZK127+400~ZK128+200段,右线拱顶处K125+900~K127+800段,左拱腰处K125+400~K126+400,右拱腰处K126+600~K127+600段二次衬砌厚度不足病害最严重,建议加强衬砌质量检测;(3)得到二次衬砌厚度不足病害整治前后衬砌结构的内力及安全系数变化,整治后衬砌结构的承载力明显增强,拱腰和墙脚处安全系数显著增大,十分利于坑道侧壁的受力,证明整治措施有效。     

姜公庙隧道支护结构受力状态监测及其分析

针对隧道支护结构的受力问题,采用现场监测分析等方法,对隧道围岩与一次衬砌,一次衬砌与二次衬砌之间的接触压力,格栅拱架的钢筋轴力等进行监测及分析.结果表明:由于拱顶下沉变形量较大,拱顶的力向下传递,造成接触压力最大之处在拱肩、拱脚,而拱顶处压力值偏小;在混凝土强度尚未完全形成时格栅拱架已经开始承受较大的荷载;在较破碎的围岩体中,一次衬砌承担大部分的压力,作为安全储备的二次衬砌也承担了部分压力.     

层状岩体隧洞爆破引起的非对称振动传播规律研究

由于地质条件及岩石分布的不规则性,爆破开挖诱发的振动在隧洞掌子面后方两侧对称位置处的传播 规律表现出明显的非对称特点。 以新疆奎屯河引水工程为背景,基于开展的顺层隧洞爆破振动监测实验,分析了掏 槽、辅助、周边和底板等典型段别爆破作用下,爆破掌子面后方隧洞环向和纵向的非对称振动响应特性及振动传播规 律。 结果表明:受顺层节理的影响,掌子面后方隧洞两侧相同距离处三向速度峰值大小不同,沿隧洞轴向与垂直隧洞 壁方向的振速两侧相同位置的振速比值为 1. 5 ~ 2. 5;竖直方向峰值振速差别相对较小,两侧相同位置的振速比值为 1. 1~ 1. 5。 沿隧洞纵向方向,距掌子面距离 26 m 范围内,振动速度衰减较快,随后衰减速率明显降低,两侧振速的非 对称特征逐渐不显著。 研究成果对同类工程施工中的爆破振动控制与爆破参数设计具有一定的借鉴作用。     

横洞施工对新建隧道主洞及既有隧道变形影响分析

近接工程中横洞开挖施工势必会对新建隧道及既有隧道的衬砌结构造成不同程度的影响,开展横洞施工影响研究对评价新建隧道及既有隧道的安全性具有重要意义。该文依托某工程案例,采用三维有限元数值模拟方法分析横洞开挖施工对新建隧道及既有隧道衬砌结构变形的影响,并进一步分析不同净距条件下横洞开挖施工对既有隧道衬砌结构变形的影响规律,最后结合现场监测数据进行对比验证。结果表明,横洞开挖施工会造成新建隧道衬砌结构不均匀沉降和侧壁外扩并引起既有隧道拱顶隆起和拱腰收敛,不同净距条件下横洞开挖施工对既有隧道衬砌结构的拱顶沉降和拱腰收敛的主要影响范围在距横洞纵向中心35m内。     

近地表条件下平斜井巷道衬砌结构研究

由于巷道围岩力学性质不佳、初期支护所采用的衬砌截面较薄等因素,处于不良地质条件下的巷道在二次支护之前经常会产生变形,既影响施工进度,又危及施工人员安全。基于上述问题将近地表条件下巷道初期支护衬砌结构简化为两铰拱,利用结构力学原理推导了拱脚为活动铰半圆拱拱圈弯矩及轴力计算公式。以新疆伊犁煤矿一号矿井回风井为工程背景,采用FLAC3D软件对伊犁煤矿巷道开挖后的初期支护进行数值模拟。结果表明衬砌厚度、围岩级别对衬砌半圆拱内力分布有很大影响：当衬砌厚度及围岩强度级别都减少时,半圆拱拱脚处弯矩及轴力呈同步下降的趋势|半圆拱弯矩最大值在衬砌拱脚厚度为拱顶厚度1～1.5倍之间波动最为剧烈,在衬砌拱脚厚度进一步增长后趋于平稳。当衬砌厚度不足、围岩强度水平较低时,围岩弹性抗力对半圆拱拱脚轴力影响更大,表明活动铰计算方法更适合此种力学环境下的内力计算。     

振动监测技术在新杨柳湾隧道中的应用

通过对振动监测原理,影响爆破振动因素分析,振速监测等方面的介绍,总结了降低控制爆破振速对既有隧道扰动的一些经验.     

露天矿边坡爆破对既有隧道的影响分析

针对某露天矿边坡爆破开挖工程对山体内邻近既有隧道的影响问题,依据有关规范及参考国内类似工程的经验,确定该隧道围岩质点振动速度控制标准为20 cm/s。对现场爆破荷载作用下隧道围岩质点振动进行了跟踪监测,提出了测点仪器安装方案,对隧道围岩质点振动衰减规律进行了分析,水平径向、水平切向和竖直向峰值振速衰减规律拟合系数均在0.85及以上,并及时反馈信息,优化爆破参数。结合数值分析,得到了隧道围岩振动速度与动应力分布规律,计算得到围岩质点振动峰值速度为19 cm/s,验证了预估药量的可靠性,为工程的顺利进行提供了安全保障。     

近距离爆破对隧道衬砌影响的数值模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA对近距离爆破对隧道的影响进行了数值模拟,并将数值计算速度峰值结果与现场监测结果回归公式计算结果进行比较分析。结果表明：数值计算得到的速度峰值结果和回归公式计算结果吻合较好,采石场的爆破施工对隧道衬砌的安全不会产生不利的影响,数值模拟在研究爆破震动对衬砌的影响是可行的。     

爆炸载荷下邻近硐室迎爆侧原先裂纹扩展机理研究

为探究爆炸载荷下邻近硐室迎爆侧围岩中原先裂纹的扩展机理,采用动态焦散线方法进行了试验研究.研究发现:爆炸载荷作用下,裂纹动态断裂韧度与硐室自由面和裂纹倾角无关,但硐室自由面的存在使预制裂纹的起始扩展时间提前;迎爆侧围岩中预制裂纹的扩展方向与硐室自由面、炮孔处诱发主裂纹扩展方向以及硐室围岩应力分布特征有很大关联.预制裂纹扩展初期,由于自由面反射拉伸波的作用,裂纹近似竖向扩展;裂纹扩展中期,炮孔诱发主裂纹对应力波能释放的导向性改变了预制裂纹周边应力场,使裂纹扩展方向与主裂纹扩展方向基本平行;裂纹扩展后期,受邻近硐室自由面应力分布特征影响,裂纹扩展方向偏向于拱形部位,并最终与拱形部位贯穿.结合LS-DYNA软件,分析了爆炸载荷下邻近硐室围岩应力分布特征,从迎爆侧底角到起拱点再到拱顶,有效应力表现为先减小后增大再减小的规律.其中,极大值点位于底角、起拱点和拱顶之间位置,极小值点位于直墙位置,最终导致预制裂纹往往止裂于拱顶与起拱点之间的某一位置.     

复线隧道爆破优化设计与实践

以新风平岭2号隧道复线隧道进口开挖为研究对象,通过在隧道施工爆破过程中对邻近隧道进行现场的振动监测,应用萨道夫斯基经验公式对现场监测数据进行回归分析,控制不同目标、不同间距情况下最大起爆药量,炮眼布置方案等。既有隧道和新开发隧道间采用超前锚杆加固,增强稳定性。通过对振速波形图的分析,找到延时爆破最大振速的段位,降低该段位最大装药量以便降低最大振速,保证邻近隧道振动速度控制在安全范围内,指导后续施工。     

爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响

以某高速公路工程的隧道工程为依托,针对隧道爆破施工中空洞效应对围岩振动速度的影响问题,根据能量法和地震波传播规律推导出爆破荷载作用下已开挖区和未开挖区围岩振动速度计算公式,采用有限差分软件模拟不同荷载作用下围岩振动速度的变化规律,并验证了计算公式的准确性。结果表明,空洞效应下的围岩振动速度数值模拟计算结果和计算公式求解结果误差在6%以内; 爆破荷载0.8 MPa作用下,空洞效应影响较大的区域位于距掌子面8~12 m处的隧道拱顶处,距掌子面8 m处的开挖区与未开挖区隧道拱顶处的振动速度差值为2.23 cm/s,商值为1.21倍; 在一定荷载范围内,荷载越大,空洞效应对围岩振动速度影响越明显,已开挖区与未开挖区振动速度差值的峰值距掌子面越远。     

隧道爆破开挖震动效应的数值模拟

以某工程隧道为例, 基于FLAC^3D软件对隧道爆破开挖引起的地表震动效应进行了数值模拟, 得出在隧道爆破开挖影响区一定范围内已开挖区域地表质点震动速度是未开挖区域地表质点震动速度的2~5倍, 且两者的衰减规律完全不一样。在距掌子面水平距离为5~25 m的范围内, 隧道爆破开挖存在明显的空洞效应, 若忽视爆破开挖空洞效应现象, 则不能确保施工过程中爆破震动的安全性。     

隧道围岩关键块体爆破安全振速研究

针对隧道掘进爆破条件下爆源附近围岩关键块体的稳定性问题,建立了关键块体受力状态的力学模型,根据刚体平衡原理建立了爆破振动速度与块体各物理量间的联系,得到了隧道围岩关键块体安全振速的计算表达式。分析表明,关键块体侧向平均正应力与埋深成正比,岩体静侧压系数对块体侧向平均正应力有显著的影响,隧道半径与块体高度的比值对块体侧向平均正应力影响不显著。同时结合实际工程案例,分析了岩体静侧压系数、累积损伤、拱顶与最大切应力区对关键块体安全振速的影响规律,为爆源附近隧道围岩安全振动速度的确定提供理论参考依据。     

基于EMD-HHT的地下浅孔爆破振动规律研究

为了研究金沙矿业官房矿段地下浅孔爆破作业过程中地震强度过大的问题,采取爆破振动监测手段在地表对两次不同炸药量的爆破作业进行监测。基于HHT方法和EMD分解对地下浅孔爆破地震波信号的峰值振速、频率和振幅进行了分析。结果表明:峰值振速反映爆破振动强度及最大荷载区域,主振频率反映爆破作业下建(构)筑物的动态响应情况。地下浅孔爆破振动信号的优势能量频带都在10～50Hz,在不同药量下爆破的主振频率一般不同,振动频率随药量的增加有向低频集中及瞬时输入能量增大的趋势。