上下交叉隧道爆破振动控制技术研究

钻爆法是隧道开挖中一种主要的施工方法,爆破开挖不可避免会对围岩产生扰动。以新建走马岗隧道上穿东深供水走马岗引水隧洞工程为背景,开展上下交叉隧道爆破振动控制技术研究。选取与交叉段岩性一致的爆破施工开挖区域进行爆破振动监测,得到了现场爆破施工方案条件下走马岗隧道爆破振动规律。对实测数据进行回归分析,计算得出走马岗地区爆破质点峰值振动速度（PPV）的Sadovsk公式,反演得到控制爆破振动的最大掏槽药量及安全距离,制定出交叉段施工的安全控制范围以及相应的爆破方案。通过数值模拟进行了验证并付于交叉段现场施工。现场监测数据表明,提出的振速控制标准及爆破方案符合安全要求,保证了在建隧道的顺利开挖以及既有隧道的安全运行。研究成果可为类似工程爆破开挖及振动控制提供参考。     

近距离交叉隧洞爆破对既有隧道的振动影响

结合南山下隧洞下穿温福客运专线钱仓山隧道工程,实时监测近距离交叉隧洞爆破施工对既有隧道的振动影响。实测结果表明,（1）迎爆面位置影响既有隧道断面的爆破振动速度分布;震源距离测点大于30 m时,距离是爆破振动的主要影响因素;震源距离测点小于30 m时,主要影响因素则为装药量与距离。（2）岩体越坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢。采用导洞先行预留光面爆破、导洞爆破掏槽眼和周边眼及底板眼分开起爆、控制最大段装药量等措施,可有效地降低爆破振动影响,控制其对钱仓山隧道的影响,对类似工程有借鉴作用。     

隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技术

以万松岭隧道工程开挖为研究对象,对隧道工程开挖施工爆破地震波的振动监测方法及控制技术进行了研究。通过对爆破振动监测结果的回归分析,建立了隧道工程开挖爆破振动传播的数学模型;确立了其传播衰减规律。结合工程实际,提出了修正后的爆破地震波衰减经验数学公式;经对比分析,所得爆破地震波衰减规律公式预测的质点振动速度具有较高的精度。同时,结合该隧道工程开挖爆破施工,从选择合理爆破时差、最大装药量、微差起爆、掘进进尺、预裂爆破等5个方面提出了爆破振动控制技术措施使该隧道开挖施工爆破中的地面振动速度值控制在了安全范围以内,从而确保了施工段地面建筑群的安全和该隧道工程开挖爆破作业的安全。其研究对指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。     

导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析

详细分析了导流隧洞地质条件,结合隧洞的布置特点和现场的施工情况,采用固定测点的方案,对隧洞开挖施工进行了现场监测。分析测试数据发现,质点振动速度具有明显的方向效应,质点朝临空面的振动速度明显大于其他方向。测点和爆点不在同一高程时,当两点的高差与爆心距的比值较大时,“高差效应”引起的质点在不同方向的峰值振动速度差别十分明显,当两点的高差与爆心距的比值较小时,“高差效应”明显减弱。对于高差与爆破振动传播和衰减规律之间的关系,以往的研究提出了一些修正公式,但这些公式均把高差作为一个独立的变量进行考虑,物理意义不甚明确。根据前面的数据分析,考虑高差影响的实际意义并结合无量纲分析,取高差与爆心距的比值作为“高差效应”影响因子,对传统爆破振动波衰减经验公式进行了修正,经过对比分析,修正后的爆破振动波衰减规律公式具有更高的精度。同时,对实际监测中出现的振动速度超过安全控制速度的情况进行了分析,及时调整爆破参数,从而有效地控制了爆破振动破坏效应。其研究成果对指导隧道工程开挖爆破施工和保证坝体及大坝帷幕安全起到了重要作用,保证了该工程爆破施工的顺利完成。     

铁路隧道近距离下穿楼房控制爆破试验研究

结合内水－昆明铁路盐津1号隧道下穿楼房的实际情况,借助试爆和振动监测手段,对铁路隧道近距离下穿楼房应采用的爆破方法进行了研究。结果表明,在现场进行爆破设计所得的爆破参数是合理的,有利于近接隧道工程的成功修建;近接地下工程的修建中,在重难点工程施工前,现场进行爆破试验和振动监测是确保工程成功修建的有效手段;干扰减振爆破技术有着巨大的利用空间,随着爆破技术及爆破器材的发展,在将来的控制爆破中将发挥不可估量的作用。     

既有隧道扩建爆破振动数值模拟研究

基于原有隧道改扩建拱顶塌腔段扩建开挖,系统研究了多临空面条件下岩体爆破振动规律。采用完全重启动数值方法和拉格朗日算法分析岩体爆破振动规律,模拟爆破振动对隧道塌腔加固区和既有隧道围岩的影响,并获得了特征点的振动速度和衰减规律。数值模拟的最大振速符合爆破振动安全允许标准的要求,从而验证了爆破设计的可行性,并指导了爆破施工。同时,对隧道塌腔段开挖进行爆破振动监测。通过对比分析现场振动监测数据,数值模拟与现场监测结果吻合。结果表明,采用拉格朗日算法和完全重启动数值模拟方法可以描述隧道多孔毫秒延期爆破破岩和质点振动传播规律。该研究结论对隧道多孔毫秒延时控制爆破工程具有参考和指导意义。     

隧道近距下穿山坡楼房爆破振动测试研究

以成渝客运专线新红岩隧道为工程背景,测试了隧道近距下穿山坡楼房爆破时引起的地面振动。通过对隧道浅埋侧（隧道地表斜坡下部）和深埋侧（隧道地表斜坡上部）的地表振动数据分析,研究了地表的振动速度、振动主频及振动安全评价方法。结果表明：在浅埋隧道爆破的近区,入射纵波为主要载体,地表水平和竖直方向振动的主要成分可以认为是入射纵波在水平和竖直方向的投影,浅埋侧和深埋侧地表水平和竖直方向振速的大小取决于爆心距和入射纵波与竖直方向的夹角两个因素;隧道采用电子雷管进行单孔连续起爆,相比非电雷管爆破,可以有效降低地表振动强度,同时能够提高地表振动主频;地表振动主频方面,地表竖直方向振动主频普遍高于水平方向,而且浅埋侧地表竖直和水平方向主频大多高于深埋侧地表对应方向的主频;隧道近距下穿山坡楼房进行爆破施工时,建议在浅埋侧和深埋侧地表同时布置爆破振动监测测点,并根据浅埋侧和深埋侧地表测点的峰值振速、爆破振动主频与建筑物固有频率的关系对地表振动安全进行评价,以减少隧道施工爆破对地表环境和周围建筑物造成的振动破坏。     

隧道掘进爆破地震峰值神经网络预报研究

结合某抽水蓄能电站尾水隧道掘进爆破地面振动监测结果,建立了基于BP神经网络隧道掘进爆破振动速度峰值的预报模型。并对铁路运输安全进行预报,与现场实际较好地吻合。将神经网络模型预报的结果与传统方法(经验公式法)预报的结果相比,前者的预报结果有明显的改善。对于指导隧道掘进爆破设计,优化爆破参数,确保安全具有重要的意义。     

浅埋大跨隧道掘进中爆破振动控制与监测

文章介绍了在重庆双山隧道开挖爆破施工过程中,为控制爆破振动对山顶建筑物影响,隧道开挖采取了减小单段最大装药量,增设周边减震孔,以及选用合适的爆破器材等措施来控制爆破振动,并在施工过程中,对双山山顶建筑进行设点监测振动,对监测结果进行了分析.结果表明,在隧道掘进过程中对爆破振动控制所采取的措施是成功的,利用传统的经验预测公式保守估算单段最大用药量运用在该工程上可行,振动对测点周围的房屋影响不大,说明对爆破震动所采取的控制技术是成功的,结论为今后类似工程具有借鉴意义.     

空洞对隧道喷射混凝土爆破振动特性及安全评价的影响研究

在隧道工程施工过程中,爆破开挖与喷射混凝土支护往往交替进行,爆破振动可能会造成局部的喷射混凝土与围岩表面之间失去黏结力,二者脱离形成空洞。采用薄板振动理论模型、三维离散元程序3DEC数值模拟及现场实测振动分析相结合的方法,研究了隧道喷射混凝土与围岩之间的空洞对混凝土喷层爆破振动特性及安全评价的影响。研究结果表明,当隧道喷射混凝土与围岩之间存在空洞时,空洞处喷射混凝土的振动速度增大、振动持续时间变长、振动频率降低,振动的幅值-频率谱具有明显的单峰现象,回归分析得到的质点峰值振动速度衰减速率更快;空洞的存在导致隧道混凝土喷层爆破振动危险区域增大,致使选择的喷射混凝土支护时机滞后、采用的最大单响药量偏低,从而降低了隧道开挖的施工效率、增加了工程成本。     

浅埋大跨隧道施工爆破监测与减震技术

以沪-蓉线庙垭分岔隧道工程为背景,研究了其浅埋大跨段掘进爆破的地表震动效应及大断面开挖减震控制技术,并结合爆破监测数据的回归分析,确立了地震波垂向衰减规律的数学模型。综合分析地表及洞内地震波的震动特性发现,地表质点振动主振频率主要集中在低频段;由于表土的滤波作用,主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显;洞内混凝土衬砌减弱了爆破对围岩的冲击,高频地震波衰减极快;开挖区上部的地表振速通常大于未开挖区的振速,浅埋大跨隧道爆破安全控制应以已开挖区顶部的地表振速为准。     

隧道原位扩建对邻近建筑物影响评估的研究

以重庆机场路渝洲隧道原位车道扩建为8车道工程为背景,通过文献调研、数值分析、监控量测和爆破监测等手段,对隧道原位扩建形式比选、扩建开挖对邻近建筑物变形影响和扩建爆破作业对邻近建构筑物影响等开展研究, 得到如下结论：（1）隧道原位扩建有单侧扩建、两侧扩建和周围扩建3 种形式,从施工力学分析,单侧扩建形式最优;（2）渝州隧道地表最大沉降曲线与小净距隧道类似;（3）地表沉降槽曲线的影响半径为40 m左右;（4）渝州隧道最大地表沉降差距离中线约10 m和30 m,实测临近建筑物沉降满足规范,建筑物安全;（5）爆破振动监测显示临近隧道和建筑物的振速值均远低于规范限制值,说明既有隧道形成的临空面对于吸收和释放爆破振动能量的作用很大。该研究成果为今后类似隧道原位扩建工程的施工方案提供参考借鉴。     

锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

爆破开挖导致的围岩损伤是围岩稳定性的重要影响因素。采用数值分析及现场检测的方法研究了锦屏二级引水隧洞岩体爆破开挖损伤特性。数值模拟结果表明,引水隧洞开挖引起的围岩应力重分布是围岩损伤的主要原因,爆炸荷载和应力重分布的耦合作用将增大引水隧洞围岩损伤区范围,增大的损伤深度可达1.5 m,考虑开挖荷载瞬态卸荷动态损伤效应的损伤区范围最大,较单独考虑围岩地应力准静态重分布所导致的损伤深度可增大1.9 m,平均损伤深度增大近1倍。现场检测成果较好地验证了数值模拟结果,表明爆破开挖可显著增大围岩的损伤范围。锦屏二级水电站引水隧洞开挖过程中,不可忽视爆炸荷载及开挖瞬态卸荷对围岩的损伤作用。     

深部岩体地应力瞬态卸载诱发振动效应的影响因素

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制,以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景,讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素,并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分;当波阻抗一定时,开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定,动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置;深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的,减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度,控制深埋隧洞的爆破振动强度。     

悬索桥隧道式锚碇和下穿公路隧道相互作用机制研究

结合矮寨悬索桥的工程实践,采用MIDAS/GTS对茶洞岸锚碇和下穿公路隧道之间的相互作用机制进行研究。研究表明,开挖阶段锚-隧相互作用程度具有不对等性,即锚-隧影响大于隧-锚影响。在设计大缆拉力荷载作用下,下穿隧道的存在明显地改变了锚碇附近围岩的位移分布,导致锚碇附近围岩节点位移曲线发生整体下沉、旋转,并产生最大达0.76 mm的竖向附加位移。锚碇附近围岩竖向位移受下穿隧道影响较为显著,而水平向位移受影响相对较弱。对于锚碇隧道而言,下穿隧道单次爆破引起振动较小,距离爆心40 m范围以外围岩质点峰值振动速度小于2 cm/s,与实测资料吻合。工程项目现场的爆破振动监测及围岩波速测试成果显示：下穿隧道爆破掘进对40 m以外围岩的振动效应可以忽略。