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。     

爆炸荷载下地铁隧道损伤规律研究

地铁在运营中存在诸多风险,特别是外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外部侧爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构损伤效应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。以西安地铁6号线工程为依托,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸荷载作用下应力波的传播规律;选取地面侧爆角度和隧道埋置深度2个因素建立分析工况,研究了外爆炸荷载下隧道衬砌结构的受力状态规律,隧道埋深15,18 m相较埋深12 m衰减了20,125个微应变;同时直观地对隧道衬砌结构的损伤程度进行分析。开展该项研究为地铁隧道结构抗爆防护设计提供了理论依据,具有较高的技术、经济和社会效率。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于小波包分析的爆破振动危害评价初探

结合振动主频的质点振速判据是对单一质点振速判据的补充和完善.但该判据的振动主频是通过FFT变换的频谱分析的方法获得的,不能体现爆破振动波形的多主振频带特征,而且由于方法本身的局限性使得主振频率发生的时间段不能确定.小波包分析法则克服了FFT频谱分析的局限,有效地分解和重构原始信号中的细节信号,并将其作为评价不同频率细节信号的爆破振动危害效果的基础.本文针对爆破振动的小波包分析法进行了研究,对各小波包细节信号加载条件下的不同危害效果进行了讨论,得到了相应的质点振速判据,并将该方法所得到的判据与FFT变换的频谱分析方法所得到的判据进行了对比.结果表明,基于小波包分析法的质点振速判据更加符合爆破振动危害的真实情况.     

爆破地震及其响应谱与建筑物实际振动相关性分析

结合作者近几年来的研究工作,就爆破振动评价方法所涉及的问题进行讨论,并提出振动响应谱的评价方法。     

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。     

基于模糊数学的民爆器材库房安全综合评价模型及应用

笔者针对目前民爆器材库房事故的多发性及其安全的重要性,指出民爆器材库房安全评价方法的不足,提出对民爆器材库房复杂的多因素、多层次的人机系统应该采用模糊数学的方法进行安全评价。笔者通过分析影响民爆破器材库房安全的各个因素以及因素之间的相互联系,建立较为合理的民爆破器材库房安全评价指标体系,并给出各相关安全因素的权重;运用模糊数学方法建立民爆器材库房安全评价模型,以实例验证其实用性;同时提出了安全措施及对策,以预防及避免事故的发生。     

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。     

公路隧道施工安全评价指标体系的研究

针对公路隧道施工系统安全的特殊性,提出并建立了公路隧道施工安全评价体系.同时公路隧道施工安全系统是一个复杂的非线性系统,运用BP神经网络对公路隧道施工系统进行了安全评价的研究和应用,结合各个公路隧道施工的实际情况,进行科学的安全评价,能够得到公路隧道施工的不同时期的安全状况.     

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。     

基于模糊理论的隧道施工安全预警模型研究及应用

针对公路隧道施工安全事故发生的特点和影响隧道安全施工的复杂因素,建立了公路隧道施工阶段多层次多因子安全监督动态评估指标体系;运用模糊数学中的多层次多目标模糊优选模型,建立隧道施工安全监督二级动态评估预警模型;利用层次分析法(AHP)计算各评估指标参数的权值,使评估结果更客观、更符合实际。通过对数学模型实际应用,评估结果与实际安全状况比较吻合;该数学模型对公路隧道施工安全监督进行动态评估具有现实的指导意义,为隧道施工安全管理工作提供了理论指导。     

露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型

针对爆破振动对民房破坏问题,应用因子分析及旋转森林理论,选取爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、灰缝强度、砖墙面积率、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱、施工质量、场地条件为影响因素。建立基于因子分析的露天采矿爆破振动对民房破坏的旋转森林预测模型。利用现场实测32组爆破数据作为学习样本进行训练。采用回代估计方法进行检验,误判率为1/32。用另外12组爆破试验数据作为测试样本进行预测。结果表明,就爆破振动对民房破坏而言,灰缝强度、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱及施工质量与其相关程度较高。用模型所得预测结果的误判率为1/6。     

隧道盾构施工下穿地铁车站出入口安全影响分析

基于有限单元法的Ansys软件,对某隧道盾构施工近距离下穿既有地铁出入口人行通道的施工过程进行数值仿真分析,得出其地层变位规律及对结构内力和变形产生的影响;提出结构安全评价新指标(斜率和曲率)并结合水平位移、竖直位移和差异沉降等指标对车站结构变形的安全性进行了分析,其评估结果与现场监测结果作对比分析,非常吻合。说明该评价指标有效、操作过程可行且结果可信,从而可利用其为类似工程的设计与施工、相关软件计算结果的使用以及结构安全评估提供依据和支持。     

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。     

安全生产效益的分析评价及其与安全投入的关系

通过把握和界定安全效益、安全投入等反映安全生产的经济活动特征和规律的经济学范畴的内涵,指出从企业的经营利润指标上看安全投入不能带来直接经济效益,只产生远期(长远)的、潜在的间接性效益,包括间接经济效益和非经济效益,安全投入的效益具有间接性、潜在性、隐形性、不确定性和迟滞性。由于生产安全事故风险不可能为零,当事故预防水平达到一定程度(可接受的程度及其以下)时,通过增加经济投入提高预防水平而对于事故风险的削减无明显的效果,就应考虑与经济效益的结合问题。笔者提出安全投入数量限度问题和安全投入的阈值;并进一步建立安全效益评价模型和安全投入与安全指标的函数关系模型,对安全投入与安全水平(安全指标)、安全效益的关联关系进行了定性分析。     

深孔爆破孔底充填缓冲吸能材料减震试验研究

通过对影响爆破震波各种主要因素的分析,针对深孔爆破采用孔底装填吸能缓冲材料,来削减炸药爆炸在孔底的冲击压力和吸收部分能量,从而达到降低爆破震动对周边建(构)物影响的目的。并进行现场爆破试验,对爆破震动波进行测试,同时对减震爆破装药和非减震的常规爆破装药进行比较,获得的测试数据证明,采用孔底装填吸能缓冲材料其减震率达到3.23%～35.19%。