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。     

超小净距交叉隧道爆破与安全技术

介绍了采用下导坑领先再分三步全断面扩大的爆破开挖方法,通过现场监测,参考岩石破坏的最大峰值速度,对在空间上形成超小净距交叉隧道、平面上形成小净距平行隧道工程的爆破震动监测及控制爆破技术进行探讨,对爆破设计、炮眼水压爆破、单孔单响毫秒微差爆破起爆网路和爆破安全控制技术进行了分析和论述。并通过对既有隧道开展围岩稳定性、爆破振动监测和信息化施工的监测,根据各个测点测试的震动速度值和观察的实际情况,进一步验算爆破震动、调整爆破参数和网路,使爆破产生的质点振动速度控制在安全范围内,在确保既有隧道结构的安全和正常营运的同时使在建隧道顺利通过。     

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。     

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。     

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 %。     

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。     

基于BP神经网络不同输入变量的爆破振速预测

以某隧道爆破开挖为实例,利用BP神经网络解决复杂非线性函数逼近问题的能力,以最大段药量、爆心距、爆破分段数、泊松比、岩石基本质量指标作为影响爆破振动速度的主要因素,选取不同维数的输入变量建立BP神经网络模型来预测爆破振动速度。对比分析各组预测值与实测值之间的相对误差,选取合理维数的输入变量建立了爆破振动危害预测的BP神经网络模型。     

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。     

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。     

钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究

为了提高钻爆法施工隧道炮烟排烟效率,改善隧道施工环境,以平顶山隧道某一段爆破施工过程为原型,基于质量守恒定律、Fick定律及Boussineg假设,运用计算流体力学软件FLUENT建立压入式通风条件下组分运输模型,分析风筒口至掌子面的距离及风筒入口风速对隧道内风流流场及炮烟浓度分布规律的影响。结果表明:风筒口至掌子面40 m,入口风速为20 m/s,通风时长为18.5 min时,隧道内风流分布稳定,且炮烟浓度均降至最高允许浓度值以下。将模拟结果与现场实测的炮烟浓度分布情况进行对比分析,数据基本吻合,验证了模拟的有效性。     

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.     

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FLAC3D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。     

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。     

大孤山铁矿边坡爆破损伤分区研究

露天矿生产爆破,特别是靠帮爆破在边坡中形成的爆破损伤区对其稳定性具有很大的影响。本文针对大孤山铁矿露天爆破开采的实际情况,建立了极限平衡数值分析模型及峰值速度衰减公式。利用数值分析软件Geoslope对边坡靠帮爆破过程中岩体损伤范围进行了研究,主要分析了在爆破-200--212m水平时,爆破震动对边坡岩体的影响,并利用萨道夫斯基公式和PPV安全判据对爆区周围岩体损伤范围进行了计算。结果表明距离炮孔6.2m以内范围为完全破碎区,6.2-12.4m为岩体重度损伤区,12.4-19.7m为轻微损伤区。数值分析表明距爆源同一距离的岩体质点峰值速度随深度的增加而减小,爆破区周围震动波速成漏斗形分布,同实际爆破情况吻合。     

独头隧道爆破冲击波传播特征与爆源因素影响分析

为评估在隧道爆破冲击波作用下人员安全和建筑物毁伤问题,需要明晰施工隧道与交通隧道内爆破空气冲击波传播特征的区别。利用ANSYS/LS-DYNA软件对比分析独头与双向开口隧道内冲击波传播过程的差异性,研究爆源等效炸药当量、炸药多孔起爆及爆源位置等因素对爆破冲击波传播影响机制。结果表明：独头隧道内爆破冲击波传播经历三维球面波逐渐转换至一维平面波的3阶段变化模式,且独头隧道端部边界约束初始球面波几何扩散,经壁面反射叠加的超压增幅达20%;爆源炸药当量影响着波阵面变化,3阶段变化模式的波阵面转换位置与炸药当量呈幂函数负相关关系,随炸药当量提高而在更接近爆源位置转换;多炮孔起爆工况近场超压更大,而进入远场一维平面波传播区域,多炮孔起爆和爆源位置对冲击波超压分布特征影响有限;与单个爆源中心起爆工况相比,超压相对误差小于5%。     

引入通风力修正社会力模型的公路隧道人员疏散仿真研究*

为研究通风对隧道内人员疏散的影响,引入通风作用力修正社会力模型,利用VS2010+Qt平台实现通风作用下隧道人员疏散速度模拟。结果表明:隧道人员疏散速度与通风风速、个体质量密切相关;通风风速增加,人员疏散速度降低且降幅逐渐增大;受个体表面积表达公式影响,个体质量对疏散速度影响以30 kg为界,当个体质量为20~30 kg时,疏散速度随个体质量增加而下降,且降幅逐渐增大;当个体质量为30~90 kg时,疏散速度随个体质量增加而上升,且上升幅度逐渐减小。研究结果为隧道通风及人员疏散方案制定提供参考依据。     

某铅锌矿爆破有害效应分析及安全评估

以某铅锌矿爆破施工为背景,在现场试验的基础上,对测得的振动速度进行回归分析,得到场地爆破振动衰减规律,并结合爆破主频率,确定了周围民房的容许振动速度为2cm/s。同时,对爆破冲击波和噪声进行研究,结果表明:爆破振动、冲击波和噪声均与爆心距、炸药量有关。当爆心距相同时,噪声对建筑物和人员的影响最大,空气冲击波次之,爆破振动较小。主要从控制最大段药量和爆源距安全原则考虑,提出了防爆破振动、噪声和冲击波及飞石的安全距离。另外,还提出了硐口悬挂3层麻袋、堵塞炮泥和控制起爆网络中段间微差等安全措施,并对有害效应进行评估,其结果对后续爆破设计和施工具有实用价值和指导意义。     

基于回归分析的露天矿爆破震动速度研究

为了研究露天矿爆破生产中地表震动的安全性问题,采用回归分析方法对相关爆破震动速度公式进行了分析。通过现场监测试验得到了露天矿爆破现场区域的地表震动速度,基于现场测试数据对各地表震动速度经验公式中的衰减系数及衰减指数进行了反演;根据临界震动速度确定了爆破时的安全距离,反演了地表质点震动速度,并对计算结果进行了误差分析。结果表明,广义公式预测的震动速度误差小于采用萨道夫斯基公式的计算误差,印度震动速度预测公式计算结果的误差最大;考虑高程影响的震动速度公式计算结果的误差小于萨道夫斯基公式计算结果的误差,且预测值大于实际测量值。基于现场测试和回归分析方法对地表震动速度公式的分析,对于露天矿生产中的爆破安全具有实际意义。     

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。