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。     

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。     

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。     

小间距隧道爆破动力特性试验研究

分岔隧道是一种新型隧道结构形式。以漆树槽分岔隧道为工程背景,进行了掘进爆破的围岩震动效应试验,通过不同掏槽结构下爆破震动作用隧道围岩衬砌质点振动速度的频谱分析与质点振动速度幅值的分布情况分析,对小间距公路隧道混凝土衬砌及其围岩在爆破地震波作用下的力学特征进行论述,重点研究了小间距隧道中隔墙及爆破掌子面的震动特性及变化规律。试验与分析结果表明,（1）中墙迎爆侧为振速峰值区,以水平径向振速最大,且沿着中墙走向呈现规律性变化;（2）掏槽孔爆破产生的地震效应最为强烈,其震动强度是扩槽眼和周边眼的2倍左右;（3）衬砌振速主振频率主要分布在低频段,以20～95 Hz为集中频段,高频地震波衰减极快;（4）同一测试断面中最大振速峰值出现在拱顶和边墙中部位置的概率最大,且大小比较接近,爆破掌子面附近的振速不适合萨道夫斯基预测公式,受爆破夹制及自由面的影响较大。     

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。     

路堑边坡开挖对邻近既有隧道影响研究

设计中的承德迎宾大道路堑边坡邻近既有京承铁路21号隧道,边坡开挖后会对既有隧道产生不利影响。根据现场试验取得的围岩及隧道衬砌的力学参数,对边坡开挖进行了静力学和动力学数值分析,研究了路堑边坡可开挖的最大范围及爆破振动对隧道的影响。结果表明：当路堑二级边坡坡脚距离隧道中心线距离大于等于30 m时,边坡开挖后隧道衬砌内力虽有增加,但仍可保证结构安全。进行边坡爆破开挖时,如考虑3倍的安全系数,当京承铁路21号隧道衬砌振速小于1.5 cm/s时,隧道衬砌内产生的动拉应力小于衬砌极限抗拉强度,可按此控制指标进行现场监测。     

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。     

用地球物理技术对隧道控制爆破的监测与反馈

招宝山公路隧道为大跨度并行超小净距的隧道,两隧道的净距仅为规范规定的1/7~1/10,保护两隧道间夹岩体成为关键技术。采用控制爆破保护岩体是主要措施之一。作者采用声波测量、陆地声纳等测量岩体受爆破破坏的深度及破坏情况,并监测质点振动速度来控制爆破的振动,还通过应变、位移和压力等量测的资料来监视隧道的安全,以选择和判定控制爆破的施工方案、施工顺序、爆破参数。工程获得成功,带来较大的经济效益。     

花岗岩地区地铁隧道爆破振动传播规律研究

青岛为典型花岗岩地区,地铁隧道开挖采用钻爆法。本文首先采用现场实测与统计分析的方法分析了青岛地铁3号线3个工点的隧道爆破监测数据,较为系统地研究了钻爆法施工条件下地表及邻近构筑物的最大振速、主频分布与爆破参数的相关关系,采用线性回归法拟合出包含上述因素的经验公式。采用数值模拟手段,模拟爆破条件下地表及临近建筑物的振动的响应,并将模拟结果与实测数据进行对比,研究主要结论如下:(1)最大振速随比例距离基本呈指数的形式衰减,随着比例距离的增加,最大振速值逐渐减小; (2)爆破引起的振动主频随比例距离分布较为随机,无法建立两者之间的数学模型,主频多在20～70Hz范围内; (3)建筑物内部中三矢量方向上的最大振速均随着楼层的增高呈一定的增加趋势,建筑物外部的地表振速要大于内部质点的速度。     

引水隧洞下穿铁路隧道近接施工振动影响研究

结合云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内-昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用数值模拟计算及现场测试对既有铁路隧道受下穿引水隧洞施工产生的振动影响进行研究。结果表明,经验公式的计算结果作为预测及警示是偏于安 全、可行的,数值模拟分析结果比经验公式更接近工程实际;引水隧洞的掌子面距铁路隧道前后4D（D为引水隧洞开挖洞径）范围内施工时,需对铁路隧道交叉点处的振动速度进行监测,重点是竖直方向的振动速度;引水隧洞在铁路隧道正下方爆破施工时,爆破施工所采用的最大段装药量不得大于2.5 kg,以满足振动速度控制标准;施工过程中进行的爆破振动监测并根据监测结果及时调整爆破参数,是此类地下近接工程成功修建的有力保障。     

直墙半圆拱巷道爆破震动数值分析

为利于判断巷道围岩在爆破荷载作用下的稳定性及巷道内壁混凝土衬砌的安全,采用ANSYS/LS-DYNA分析了巷道钻爆法掘进爆破荷载作用下震动区岩体的动力响应。结果表明,近区岩体内部爆破压力、单元有效应力、质点振动速度随爆心距的衰减规律基本符合萨道夫斯基经验公式,单元有效应力与质点振动速度的衰减规律具有很强的相关性;巷道围岩临空面上的质点振动速度以沿巷道方向的振动速度为主,巷道横截面内垂直临空面方向次之,横截面内沿临空面方向为最小。巷道同一横截面处各质点的振动波形基本相同,拱顶的振动速度峰值比帮部的要大10%左右,拱与帮的连接处振动速度峰值较小。巷道围岩沿巷道方向临空面上质点振动速度衰减规律也基本符合萨道夫斯基公式,以上分析结果对采用钻爆法进行岩巷施工时,控制近区震动区爆破荷载对结构的影响具有一定的指导作用。     

近距离下穿在建地铁隧道施工爆破变形及控制方法研究

近距离爆破下穿尚未完成二衬的区间隧道是一种较为特殊的工况,涉及初支破坏、既有隧道下沉等诸多问题。以青岛地铁2号线近距离（250 mm）下穿刚完成初支的3号线隧道工程设计及施工为实例,通过在施工时采用自进式管棚、拱顶部位掏空、辅助中孔掏槽、对既有隧道施加张拉力、限载限行等多项措施,并根据类比给出合理的爆破振速控制指标,控制爆破振速及隧道变形。运用有限元分析软件MIDAS-GTS进行三维模型数值分析,揭示在建隧道爆破施工对既有隧道变形及内力变化规律。经过理论计算与实测分析,采取的各项措施能够达到预期的效果,3号线初支结构未见异常,其研究成果对特殊条件下的爆破下穿设计与施工具有参考价值。     

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。     

Effect of Blast-Induced Vibration from New Railway Tunnel on Existing Adjacent Railway Tunnel in Xinjiang, China

The vibrations of existing service tunnels induced by blast-excavation of adjacent tunnels have attracted much attention from both academics and engineers during recent decades in China. The blasting vibration velocity (BVV) is the most widely used controlling index for in situ monitoring and safety assessment of existing lining structures. Although numerous in situ tests and simulations had been carried out to investigate blast-induced vibrations of existing tunnels due to excavation of new tunnels (mostly by bench excavation method), research on the overall dynamical response of existing service tunnels in terms of not only BVV but also stress/strain seemed limited for new tunnels excavated by the full-section blasting method. In this paper, the impacts of blast-induced vibrations from a new tunnel on an existing railway tunnel in Xinjiang, China were comprehensively investigated by using laboratory tests, in situ monitoring and numerical simulations. The measured data from laboratory tests and in situ monitoring were used to determine the parameters needed for numerical simulations, and were compared with the calculated results. Based on the results from in situ monitoring and numerical simulations, which were consistent with each other, the original blasting design and corresponding parameters were adjusted to reduce the maximum BVV, which proved to be effective and safe. The effect of both the static stress before blasting vibrations and the dynamic stress induced by blasting on the total stresses in the existing tunnel lining is also discussed. The methods and related results presented could be applied in projects with similar ground and distance between old and new tunnels if the new tunnel is to be excavated by the full-section blasting method.