基坑开挖爆破下邻近管道振动速度安全阈值研究

结合武汉轨道交通光谷广场综合体深基坑开挖爆破工程,建立LS-DYNA有限元模型,分析了爆破作用下邻近污水管道的动力响应规律和振动速度安全阈值;并根据弹性波场论分析P波斜入射和垂直入射产生的拉应力,由极限拉应力准则建立管道爆破振动速度安全阈值计算模型。结果表明:管道迎爆侧的爆破质点位移和振速均大于背爆侧,管道上入射角为0~40°的部分为易破坏区域,管道正上方的地表振速约为埋地管道最大振速的0.75倍;并最终确定管道正上方的地表振速安全阈值为10 cm/s;基于数值模拟得出的振动速度安全阈值大于理论分析得出的结果,因此在进行相似工程的设计研究时,不建议采用单一方法分析出结果,以便为实际工程安全施工提供更切实的指导。     

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。     

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。     

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。     

道路下浅埋隧道爆破施工振动影响的试验研究

为了保证新建隧道下穿既有G316道路施工中的安全性,采用现场监测的方法对隧道爆破掘进产生的振动进行实时监测,并根据采集的爆破数据回归分析,确定了修正的多孔爆破质点峰值振速计算公式中的相关参数k和α。研究结果表明:采用修正公式计算的质点峰值振速与现场监测结果最小误差为1.92%,最大误差为25.34%,平均相对误差为13.88%,说明修正的多孔爆破质点峰值振速计算公式是可行的。     

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。     

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。     

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。     

大前石岭岩堆斜坡坡面爆破振动动力响应特征*

为探究爆破振动作用下岩堆斜坡动力响应特征,防止爆破引起坡面岩堆失稳,构建大前石岭岩堆斜坡爆破振动三维有限元模型,基于实测数据进行数值模拟验证,研究爆破引发的岩堆斜坡坡面位移、速度及加速度在不同方向、坡面位置及用药量下的响应规律。研究结果表明:岩堆体位移、速度及加速度呈波浪状“先快后慢”式衰减;垂直振动最剧烈,隧道轴线和水平方向振动较弱且相差不大;坡面位移、速度、加速度峰值与爆心距呈负相关关系,与药量呈线性增大关系;离爆破掌子面最近的坡面处垂直方向峰值速度最大,应将该点作为爆破振动安全评价关键点,且K,α推荐值分别为30,1.2左右。研究结果有助于深入认识爆破作用下岩堆坡面动力响应特征,为经济、安全施工提供参考。     

基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究

针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为,利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型,分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应;基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式,验证了所建耦合模型的可靠性,并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域,最大响应特征值（应力、位移与振速）位于缺陷中心处,随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧;相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度,缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大;在本研究的条件下,建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m,且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑,为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。     

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。     

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。     

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。     

隧道掘进爆破振动对围岩影响的HHT分析

为了探究隧道掘进爆破振动信号在围岩等级改变处的传播衰减特性,以新建铁路北京至沈阳客运专线（辽宁段）TJ-1标三棱山隧道为工程背景,采用理论分析与现场试验相结合的方法,基于TC-4850监测试验数据,对爆破质点振速时程曲线进行EMD分解和Hilbert变换。依据测点3个方向的边际谱和瞬时能量谱,分析爆破振动能量在时域和频域的分布规律,进而可以得出各频带的能量百分比以及总能量与距离的关系曲线。通过分析地震波信号沿隧道围岩传播衰减性质可以得出:爆破振动能量在频域上分布具有各向异性,而且在垂直方向上具有数量比例高、所占频带低的特点;隧道掘进爆破振动总能量在围岩等级改变处出现“断崖式”衰减,且在Ⅳ级围岩中相对衰减率更高,衰减更为迅速。     

危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响分析

为了研究危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响,采用我国《爆破安全规程》以及美国国家公路研究所爆破理论相结合的方法,分析某危险货物集装箱堆场建设项目发生爆炸时对已建隧道的影响。建立三维模型,采用Midas GTS有限元分析软件进行数值模拟分析,经过理论分析与数据拟合,分别确定堆场各点（区域）发生爆炸时隧道壁振动速度与地表爆炸当量的计算模型,确定隧道保护条件,并分别采用隧道壁最大应力模拟计算值进行校验,为堆场选址、堆存货种种类及数量限定提供参考建议。