隧道掘进爆破载荷作用下埋地管道的振动峰值速度预测研究*

为研究隧道掘进爆破过程中地震效应对邻近埋地管道安全性的影响,建立平行于隧道的埋地管道数值模型,将管道视为薄壳圆柱体,定义管道在动载荷作用下的塑性破坏准则,并利用无量纲分析法构建管道表面质点的振动速度关于振动频率与爆破持续时间的数学模型,从而研究埋地管道受震特性。结果表明:隧道掘进爆破作业下成洞侧的管道应力峰值低于非成洞侧的管道应力峰值,爆炸载荷下邻近埋地管道表面最大振动速度位于爆源与管道表面最近点处,在该点两侧45度范围内为管道易受损位置。将预测公式计算所得振速峰值与数值模型提取的振速峰值进行比较,得出二者的平均误差约为17.7 %。     

浅埋隧道爆破施工对地表建筑物安 全的 试验和数值分析

以沪昆高铁黄鹤堡隧道工程为研究对象,针对地表建筑物受大跨度浅埋隧道爆破开挖震动影响的情况,采用预裂爆破技术保护地表建筑 物的安全。结合爆破震动监测,并利用FLAC3D进行隧道爆破开挖数值模拟,对隧道地表沉降及建筑物所处位置的质点振动速度进行分析,通过 与现场实测数据进行对比发现:采用预裂爆破技术能够显著降低隧道地表质点最大振速,有效保护地表建筑物安全;隧道围岩等级越高,隧道 地表沉降值越小,地表建筑物越安全;数值模拟监测点质点振动速度与现场实测的质点振动速度变化规律基本一致,振动时间少于1s,水平方 向最大振速约为1.5 cm/s,垂直方向最大振速为1.6~1.7 cm/s,最大振速也比较接近。     

地下储库掘进爆破地表震动角度效应分析

为确定地下工程爆破掘进对地表建筑震动影响,采用TC-4850型爆破测振仪对地表周围建筑物进行实时监测。通过对振动速度监测数据与爆源距以及装药量之间的关系进行分析,研究地表振动特性及变化规律。研究结果表明:掌子面掘进前方地表振速监测数据进行拟合,相关性较好,而掘进后方则相关性较差;爆源距与掌子面在水平面投影夹角越小,监测数据相关性较强,而该夹角越大监测数据相关性较差;在掌子面后方,爆源距在水平面投影越是接近于垂直掌子面,地表振速越高,具有放大效应。     

地下浅孔爆破对地表结构振动特征的影响分析

为研究地下浅孔爆破对地表既有结构关键振动特征的影响,采用CBSD-VM-M01型网络测振仪对爆破周边地表环境进行振动监测,分析了地下浅孔爆破对地表既有结构水平径向(x向)、水平切向(y向)、铅直方向(z向)等3个方向的振动特征,基于萨道夫斯基经验公式,使用最小二乘法对监测数据进行回归拟合。结果表明:3个方向的振动速度衰减在爆心距较近区域随爆心距的增大而表现明显,较远区域则体现出衰减缓慢的特点,其中铅直方向振动速度衰减最为明显。主振频率主要集中在10~75 Hz之间;采用最小二乘法对3个方向上的振动速度经验公式进行拟合,较好的描述了3个方向振速的衰减规律,可为类似工程提供参考。     

新建隧道爆破对临近隧道振动特性的影响研究

为保证既有杭深铁路在临近隧道爆破施工时的安全运营,考虑既有运营隧道衬砌的支护作用,结合现场监测和数值模拟的方法,研究既有运营隧道衬砌在临近新建隧道爆破动力荷载作用下的振动特性及应力分布特征,采用FLAC3D数值模拟隧道爆破对既有运营隧道的影响,同时简要评估现场所用爆破方案的安全性,并给出相应的控爆措施。结果表明:新建隧道爆破施工时,既有运营隧道衬砌迎爆侧拱腰处的振速相对拱脚处较大,且拱腰处径向振速较大;新建隧道工作面后方已成洞区对应的既有运营隧道衬砌振速相对未成洞区较大;爆破荷载作用下运营隧道拱腰处衬砌应力值最大;爆破会对运行中的列车产生影响,应减小开挖进尺或选择在列车停运时段施工。     

基于回归分析的隧道爆破振动传播规律研究

为控制隧道爆破振动效应产生的危害,采用回归分析法对爆破振动的传播规律进行研究。首先采用一元线性回归与二元线性回归对爆破振动实测数据进行分析,确定不同影响因素下萨氏公式的相关参数,进而研究隧道爆破振动的传播规律,然后计算不同爆心距对应的爆破最大段药量,最后通过爆破振速峰值分析来判断隧道爆破的安全程度。研究结果表明,该隧道爆破振动危害在控制范围之内,不会对地表建筑物造成影响。     

隧道爆破振动影响因素的灰色关联分析

为优化隧道爆破方案,降低爆破振动危害,采用灰色关联分析法(GRA)对爆破振动的影响因素进行分析。首先确定振动速度、主振频率和振动持续时间作为系统特征变量,确定总药量、最大段药量、掏槽孔最大段药量、雷管段数、爆心距、最小延期间隔时间、临空面数等作为相关因素变量;再结合厦门某隧道爆破实测数据,进行灰色关联计算;然后对计算结果进行排序和优势分析,得到爆破振动影响因素的主次顺序,其中准优因素为爆心距,可控准优因素为雷管段数和掏槽眼最大段药量;最后对隧道爆破参数进行优化,测点爆破振速由1.2 cm/s减小到0.74 cm/s,降振率达38.3%。结果表明,采用GRA确定爆破振动主要影响因素,为有效控制爆破振动提供理论依据。     

大断面高铁隧道掘进爆破振动传播规律研究*

为研究隧道爆破掘进振动规律并合理控制爆破振动危害，对京张高铁大断面南口隧道爆破掘进过程进行实时监测，并对监测结果进行线性回归分析，求得3个监测方向的场地系数K和衰减系数α值以及爆破振动峰值速度衰减回归方程，通过FFT法计算出主振频率和爆破振动波的振动频率范围，利用ANSYS/LS-DYNA对爆破工程进行数值模拟。结果表明:喷锚支护和监测方向对爆破振动衰减回归分析影响较大；主振频率和爆破振动波的振动频率分布范围为50~300 Hz，无需考虑周边建筑共振情况,与周边古建筑和临近隧道的最小安全距离分别为147 m和12 m；数值模拟与实际结果对比发现二者振动峰值略有差别但整体趋势基本相同，证明建立模型的有效性。     

穿越煤层段隧道爆破振动对围岩稳定性影响研究

为了研究穿越煤层段隧道爆破振动对围岩稳定性的影响,以滇黔省界毕镇高速公路某隧道为工程背景,运用现场实测、数值模拟及理论分析相结合的方法,探讨不同煤层厚度、砂岩顶板不同厚度条件下隧道爆破引起的围岩振动特性。研究结果表明:随着煤层厚度减小,振速峰值呈加速增加趋势,随着砂岩顶板厚度增加,振速峰值呈加速减小趋势;在各模拟工况中,工作面位置处振速峰值最大,工作面后方的振速峰值随距离变化呈先急剧减小后衰减趋于平缓的趋势;隧道不同位置受爆破振动影响各异,其中拱顶部位受爆破振动影响最显著,振速明显高于其他部位,拱肩部位次之,拱腰部位振速受到的影响最小。将数值模拟、现场监测及岩石动力学理论3种方法得出的振速对比分析,提出该隧道爆破施工安全振速标准。     

立井爆破振动对冻结管损伤数值模拟研究

针对立井爆破开挖扰动下冻结管损伤测试的难题,以兖矿集团万福矿风井掘进工程为背景,采用数值模拟方法建立合理的物理模型,施加等效载荷实现了立井爆破冻结管的响应振速特征提取。通过损伤概率诊断方法,获取了冻结管不同方位的损伤概率分布情况。结果表明:冻结管在不同方向损伤概率具有显著差异,在同一爆心距处损伤概率大小表现为迎爆面中心垂直面中心背爆面中心。影响冻结管性能的振速值均大于8 cm/s,冻结管周围1.5 m范围内迎爆侧是围岩损伤监测和控制的重点区域。     

厦门云顶隧道爆破监测与分析

通过对厦门市云顶隧道爆破振动的监测与分析,确定了爆破振动引起的地表质点振动速度峰值与比例药量之间的经验公式。得出了地表质点振动主振频率主要集中在低频段;当存在一定厚度的表土层时,主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显;总体上存在主振频率随距离的增加而往下降的态势;不同距离的振动速度主频呈现出不同的分布趋势,同时,不同距离的振动速度主频表现出分布范围的集中程度不同。笔者提出了沿垂直方向、水平径向和水平切向振动时不同距离地震波衰减规律的经验公式。     

爆区附近岩土质点振动的测试与分析

工程爆破中一般用质点振速作为衡量爆破震动强度的参数，并按质点振动公式来进行计算，但这样往往不能全面地反映爆破震动所产生的破坏作用。本在对台阶微差爆破震动测试的基础上，通过回归分析，得到了爆区附近不同位置的振速衰减规律及适用于砂质泥岩和砂质页岩等均质岩体的频率特性，同时提出了爆破震动在边坡坡缘处的振速放大效应以及频率的调制作用，并对产生的原因做出了相应的分析。     

空区隐患爆破治理方案及延期时间的数值模拟分析

为了防止矿山空区引起地表塌陷造成建构（筑）物的破坏以及降低矿柱塌落振动对井下开采的威胁,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,优选爆破治理方案和延期时间。根据炮孔布置和爆破参数,建立实际比例数值模型;在岩石物理力学指标测试的基础上,确定模型材料参数;采用LS-DYNA数值模拟软件,对比分析方案优劣以及确定爆破延期时间。研究结果表明:在满足空区隐患爆破治理效果的前提下,同一节点处A方案质点振速峰值为0.923 9 m/s小于B方案质点振速峰值1.225 3 m/s;而且当延期时间为100 ms时,通过模型垂直方向的位移云图可知岩石的破坏范围最大,塌落区域更加分散。现场应用结果显示空区隐患治理工程爆破效果良好,形成了隔离缓冲层,可以保证露天和井下的安全。     

浅谈爆破振动的控制措施

结合爆破振动的作用机理,分别对减少振源爆炸能量、干扰降振、阻断振动波传播途径、控制爆破规模、合理选择分段间隔时间等爆破振动主要控制措施进行了分析讨论。并根据实际施工情况分析了通过电子雷管实现干扰降振的减振效果,为类似工程提供借鉴作用。     

青岛地铁超浅埋段爆破振动监测数据特征研究

为了更好地掌握超浅隧道爆破振动规律,以青岛地铁太延区间超浅埋隧道爆破振动为例进行了研究。在地表7层建筑物各层相同位置布置测振仪对爆破振速进行实时全面监测,通过对掏槽眼、辅助眼、周边眼爆破时单段最大起爆药量与实测振速关系的回归拟合,发现此隧道的爆破振动规律并不符合一般埋深隧道适用的萨道夫斯基公式,据此提出了临空自由面影响系数,得到了萨道夫斯基计算公式的修正拟合系数。修正后的萨道夫斯基公式可更好地反映3类炮眼爆破的实际振速衰减规律,该规律可为城市地铁类似隧道的爆破施工提供参考依据。     

煤层深孔控制爆破作用机制研究

为有效应用深孔控制爆破技术防治煤与瓦斯突出等事故,首先利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有控制孔和无控制孔2种数值模型,进行煤层爆破数值模拟;其次在实验室建立有控制孔和无控制孔2种物理模型,开展爆破模拟试验;然后通过理论分析爆炸应力波入射控制孔的反射规律,揭示深孔控制爆破控制孔的作用机制。数值模拟、爆破模拟试验和理论分析等研究共同表明:增设的控制孔在煤层深孔控制爆破中将入射的压缩应力波反射为拉伸应力波而产生拉伸作用,有明显的控制导向作用和对其他方向裂隙发育的抑制作用。     

爆破振动效应影响评价及减震措施研究

爆破地震效应是工程爆破产生的主要危害之一,如何保证工程爆破时爆区周围建筑物、基础设施等的安全运行,对爆破的地震效应进行实测和振动效应影响评价是十分必要的.以水电站左岸边坡工程爆破对右岸化工厂的影响为例,根据实测爆破振动速度和爆破振动频率,通过对测试结果线性回归分析,得到不同区域爆破地震波的传播和衰变规律.根据实测结果和数值计算,评价了左岸工程爆破对江右岸化工厂及区内建筑物的振动影响,论述了控制爆破振动强度、减小振动效应的措施.     

频繁矿震下临近建筑物结构疲劳损伤及安全选址研究*

为科学规划并有效利用矿区及周边土地资源,以某铁矿爆破作业及临近拟建设项目为研究对象,现场开展振动监测并结合修正后的撒道夫斯基公式得出振动速度等参数;针对单次爆破振动情形,依据不同类型建筑物在寿命周期内可正常使用对应的振动速度,得出爆破振动安全允许距离;针对频繁爆破振动情形,采用ANSYS有限元建模分析频繁爆破振动下建筑物的力学响应。结果表明:单次爆破振动对建筑物影响较小,仅对精密科研设备的正常使用造成一定影响,长期爆破微振动会使结构出现“软化”趋势和疲劳损伤,当振动次数超过20 000次时（每天振动2次,约27 a）,建筑结构压应力已超过破坏极限应力,从而预测建筑物使用寿命未达到设计年限要求;建议拟规划建设项目的选址距离振动源200 m以上（一般居住或办公用途）或1 km以上（精密仪器设备等用途）。     

城市控制爆破工程的爆破事故和爆破公害研究

爆破事故和爆破公害是关于爆破工程中的安全问题 ,笔者对爆破事故中的早爆、拒爆和爆破公害中的爆破振动、爆破空气冲击波、爆破飞石进行了详细论述 ,分析了爆破事故及公害产生的原因 ,从而给出了相应的防止措施 ;进而依法采取了爆破安全管理可行办法     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。