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。     

地下洞室及其围岩爆破地震安全监测与动力分析

基于地下洞室及其围岩的爆破震动安全监测,通过质点振动速度峰值及其卓越频率分析,论述爆破地震波的传播规律以及地下洞室与围岩爆破地震作用下的动力特性,并对爆破地震安全监测与分析结果进行解释与原因探讨。通过大量监测数据的回归分析,得出质点振动速度峰值与爆破药量和距离及环境条件的关系式,并在分析三者关系的基础上指出,近爆破点区域的爆破地震波衰减速度明显大于较远区域,爆破引起的质点振动速度峰值的卓越频率集中在以45Hz为中心的15~75Hz范围值。质点振动速度峰值及其卓越频率与爆破规模与环境的几何因素密切相关,介质本身的物理几何特性是爆破地震波衰减的主要影响因素之一。     

成灌铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道路基段环境振动特性

为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道环境振动特点,对成灌快铁某路基段地面振动进行了现场测试,分析了不同测点地面振动加速度时程特点、频谱特征和铅垂向振级随距离的衰减特性。结果表明:CRH 1型动车组以181 km/h速度通过测试路基地段时,地面振动持续时间约6 s,距线路中心线22 m处振动峰值加速度为60 mm/s2,由于传播过程中的几何阻尼和材料阻尼作用,52 m处振动峰值加速度衰减为10 mm/s2;在22 m处振动能量主要分布在20~60 Hz,传播过程中高频振动随距离衰减更快,52 m处振动能量主要分布在20~23Hz;地面振动垂向振级随距离的衰减符合对数规律。     

地铁列车不同轨道参数的减振效果分析

地铁在市区建筑物群中穿过 ,列车运行时产生的振动会通过行车轨道系统传递给隧道结构 ,再经隧道结构传播到周边的围岩介质 ,最后影响到沿线建筑的基础 ,产生局部区域振动。区域振动直接影响到地面建筑物和沿线地下管线的使用安全 ;同时 ,地下振动使人烦躁不安 ,直接影响人们的生产和生活 ,为此 ,对地铁列车运行振动进行研究是很有必要的。笔者基于数值分析方法 ,用适合岩土工程数值模拟的FLAC程序 ,分析了不同轨道参数对地铁诱发振动的衰减作用并得出了以下结论 :(1)钢轨支座弹性系数对振动的衰减有直接的影响 ;(2 )钢轨支座弹性系数减小 ,将导致地面振动的强度减小 ;(3)地面振动的衰减在水平方向和竖直方向均较为明显。     

煤矿超深孔大药量爆破震动安全性研究

为控制煤矿井下超深孔大药量爆破震动对巷道及支护结构造成危害,通过现场爆破震动监测分析,获得了煤矿井下综采遇硬岩超深孔大药量松动爆破地震波的衰减规律.采用HHT方法对震动信号进行分解,研究信号的频谱特性和能量分布.结果表明,超深孔松动爆破震动的持续时间为150 ms左右,震动速度三方向分量中测点与爆源连线的径向分量最大,能量主要集中在100 Hz以内的低频区,随频率分布可分成若干个“子频带”,峰值出现在频率17.75 Hz,存在爆破震动对支护结构和工作面造成危害的可能.根据衰减规律,反算出该场地超深孔爆破的单段最大药量;分析了爆破时出现巷帮岩石崩落和飞石的原因,提出施工时应控制单段最大药量和加强爆破炮孔周围防护,保证了施工安全.     

水下爆破振动及冲击波传播规律数值模拟分析

为了分析研究介质水深度的变化对水下爆破振动波和爆炸冲击波传播衰减规律的影响，采用LS-DYNA软件对不同水深条件下的水下爆破炸礁过程进行了数值模拟分析，通过在数值分析模型中的不同节点位置设置的监测点，得出了在不同水深条件下的爆破振动及冲击波检测数据，结合非线性回归分析方法，得出了可以表征水下爆破振动速度及冲击波强度传播衰减规律的数学模型。经现场测试数据验证，爆破振动速度预测模型的精度为91.75%，冲击波强度的预测精度为87.94%，为水下爆破有害效应的控制提供了依据。     

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。     

下穿铁路隧道爆破振动分析及控制方法研究

为了系统研究下穿铁路隧道的爆破振动响应规律及安全控制方法,通过现场实测及数值模拟方法展开分析。首先,根据实测结果得到可以反映爆破振动速度分布特征的回归模型,并基于此得出隧道爆破施工允许的最大单响药量值;其次,采用FLAC^3D平台建立三维数值模型,通过现场实验结果对模型的可靠性进行校核;根据数值模拟结果,得到适用于下穿隧道控制爆破施工的安全距离的建议值。研究结果表明：隧道空洞效应对爆破振动传播规律存在一定影响,研究结果可为类似的下穿隧道爆破施工提供1种新的控制方法及控制思路。     

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。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

城市大跨度隧道爆破对地面建筑物影响的研究

以嘉华隧道工程开挖为研究对象,应用安全系统工程中的事故树法对爆破振动影响区域内的地面建筑物进行定性分析,找出影响地面建筑物稳定的最小割集;求出各基本事件的结构重要度,为后续监测和施工方案的调整提供理论依据。结合现场实际情况,制定合理的爆破地震波的振动监测方案。同时,对爆破振动监测结果的回归分析,确立振动传播衰减规律。分别从振动速度和峰值频率两个方面对地面建筑物的安全性进行评价。笔者研究成果对指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全有重要指导作用。     

爆破冲击波在台阶法隧道内的传播特性研究

为了解决目前隧道施工过程中掌子面开挖爆破产生的冲击波容易造成工程灾害的问题,基于宁攀高速胜利隧道台阶法开挖的实际情况,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA及现场测试的方法研究冲击波在隧道上下台阶区段的传播规律。研究结果表明：初始冲击波传播至下台阶断面时先扩散至中上区域,与拱顶及侧壁碰撞反射后再传播至下部区域;冲击波在下台阶段0～10 m范围内,经多次反射叠加形成提升幅度约30%的第2次超压峰值;冲击波由上台阶较小断面进入下台阶较大断面传播时,超压衰减速度相对加快,过渡界面前后10 m范围内衰减系数由1.01%最高提升至1.05%。现场实测数据与数值模拟结果在上下台阶段得到的波形传播规律基本一致,验证数值模拟的可靠性。研究结果可为实际工程中爆破冲击波在变截面隧道中的控制措施提供参考。     

软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系,利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数,校正ABAQUS的D-P蠕变模型;在此基础上建立数值计算模型,对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析,研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系;通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩,开挖后岩体的变形速率大、时间短,选择以最终位移量的80%为最佳支护时机,二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右;洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长,以最终位移量的90%为最佳支护时机,洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明,选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

五老峰隧道岩爆声发射参数特征研究

为研究岩爆事件的声发射特征,为岩爆灾害的进一步监测预警提供依据,对五老峰隧道掌子面附近区域岩爆事件进行声发射监测,以RA均值作为主要参数,研究岩爆发生前后的参数变化规律,并通过与b值等参数分析结果的相互印证,对比岩爆信号与爆破震动信号之间的区别。试验结果表明:不同传感器因为布设位置、耦合程度的差异,接收到的声发射信号数量与参数分布范围存在较大差异;RA均值作为参数分析依据,能够较好地反映岩爆事件的孕育发展过程,且能够一定程度上消除传感器接收信号数量差异的影响,更稳定地反映岩爆事件的信号特征;岩爆事件发生前RA均值与事件密度不断升高,峰值后则都迅速降低,而爆破产生的声发射信号则在RA值上存在一定突变性,且峰值后仍保持较高水平。本次监测中,共发生1次微型岩爆,而在左洞爆破后,声发射信号明显增多,但并未产生显著破裂事件。     

软弱围岩隧道洞口浅埋段变形特征及控制措施研究*

为解决洞口浅埋段软弱围岩隧道大变形控制难、施工风险高的问题。依托在建隧道工程,对洞口浅埋段初支变形及破坏特征进行分析,提出适合该隧道的变形控制措施。结果表明:洞口浅埋段围岩松散破碎受开挖扰动和地表水影响显著,隧道破坏形式多样,围岩纵向变形不规律,随埋深增大,局部渗水严重段存在拱腰挤出现象;开挖初期围岩变形速率高,最高达到86.8 mm/d,累计变形量大,其中上、中台阶围岩变形量占比为80%~90%,变形主要分为“加速增长—缓慢增长—再次增长—趋于稳定”4个变化阶段,再增长阶段持续时间较短,约6~10 d。根据围岩预留变形量建立各施工阶段的变形控制基准及超限应对处置措施,并提出工法优化,通过数值模拟验证该优化工法有利于支护结构及时封闭,可控制前期围岩变形,保证施工安全和进度。     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。