水平層狀巖體隧道爆破開挖數(shù)值模擬及振動效應(yīng)

采用數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)估巖體開裂深度及爆破損傷影響范圍對工程設(shè)計可以起到事先指導(dǎo)作用,對施工安全具有重大意義,其中科學(xué)的、合理的損傷模型及迭代計算方法是關(guān)鍵?；趂lac3d程序的用戶自定義本構(gòu)模塊,將考慮累積應(yīng)變和荷載作用時間的yang-liu率相關(guān)動力損傷模型與mohr-coulomb彈塑性本構(gòu)進行耦合,將圍巖破壞過程中的損傷特性反映在荷載增量迭代計算中,形成了彈塑性動力損傷本構(gòu)模型,詳細推導(dǎo)了損傷應(yīng)力修正迭代計算方法。對一圓形隧道爆破開挖進行模擬,探討了爆破誘發(fā)的質(zhì)點振動衰減特征及圍巖損傷分布規(guī)律。分析結(jié)果表明,爆破產(chǎn)生的質(zhì)點振動速度峰值與其所造成的損傷具有很好的相關(guān)性。該爆破損傷模型及模擬方法可以為類似工程提供一定參考。

從爆破施工的特點入手,對小間距隧道在采用典型雙側(cè)導(dǎo)坑法時的爆破施工動力效應(yīng)進行了數(shù)值模擬研究,給出了爆破施工在已有洞室周邊產(chǎn)生的動力效應(yīng)的一般規(guī)律,指出在爆破(后開挖洞室)開挖影響區(qū)以內(nèi),合理確定已有洞室二次襯砌施作時間的重要性,并給出了爆破施工對已有洞室穩(wěn)定性影響較大的關(guān)鍵開挖位置。研究表明,爆破動載荷對小間距隧道圍巖穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為爆炸應(yīng)力波造成圍巖臨空面的反射拉伸破壞,破壞較嚴重的是已有洞室的迎爆墻、拱腳、拱頂?shù)炔课?。所得結(jié)論對小間距隧道爆破施工有一定的參考價值。

為研究爆破振動對隧道開挖的影響,采用數(shù)值模擬的方法得到了全斷面爆破開挖時的壓力場和速度場。分析結(jié)果表明:最大振動速度在拱頂?shù)拇怪狈较蚝推鸸疤幍乃椒较蛏铣霈F(xiàn),因此該處的圍巖也最容易發(fā)生破壞;爆破產(chǎn)生的徑向方向的應(yīng)力大于切向方向的應(yīng)力;隧道圍巖首先是承受壓力,而后承受拉力;拱頂垂直方向的振動速度遠大于直墻方向,而拱頂?shù)乃秸駝铀俣群苄?這對于具有水平層理的巖體是十分不利的,容易導(dǎo)致層間的分離和破壞。。數(shù)值模擬結(jié)果對于指導(dǎo)工程設(shè)計和工程實踐具有重要的意義。

采用非線性動態(tài)有限元軟件dyna2d,對巖溶區(qū)爆破開挖對隧道圍巖產(chǎn)生的損傷破壞情況進行了數(shù)值模擬分析。模擬結(jié)果顯示,當(dāng)隧道附近溶洞的位置、形狀以及溶洞內(nèi)介質(zhì)不同時,爆破開挖會對隧道圍巖產(chǎn)生不同的損傷。本文根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,分情況對巖溶區(qū)隧道爆破開挖產(chǎn)生的損傷破壞進行了數(shù)值模擬分析,得出了不同情況下的隧道損傷控制重點,對現(xiàn)場施工具有重要的參考價值。

為了了解青島地鐵隧道爆破開挖對臨近建筑物的影響,在現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上,運用abaqus進行數(shù)值模擬來研究隧道爆破掘進對鄰近建筑物的影響.研究結(jié)果表明：模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果相近,準確率在85%以上,建筑頂層振動速度是底層的3.14倍;隧道與建筑物之間的水平距離小于12m時,隨著距離的增加,測點振動速度衰減迅速,大于12m時振動速度的衰減趨于平穩(wěn);隨著隧道埋深的增加,各層測點的振動速度是衰減的,且高程放大效應(yīng)的影響越來越弱.

為了了解青島地鐵隧道爆破開挖對臨近建筑物的影響,在現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上,運用abaqus進行數(shù)值模擬來研究隧道爆破掘進對鄰近建筑物的影響.研究結(jié)果表明:模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果相近,準確率在85%以上,建筑頂層振動速度是底層的3.14倍;隧道與建筑物之間的水平距離小于12m時,隨著距離的增加,測點振動速度衰減迅速,大于12m時振動速度的衰減趨于平穩(wěn);隨著隧道埋深的增加,各層測點的振動速度是衰減的,且高程放大效應(yīng)的影響越來越弱.

爆破開挖擾動是深埋隧洞損傷區(qū)孕育及演化的重要影響因素。根據(jù)隧洞巖體鉆爆開挖過程分析了爆炸荷載及開挖荷載瞬態(tài)卸荷對巖體的擾動作用,基于ls-dyna動力有限元程序,提出了利用施加節(jié)點反力模擬待開挖隧洞巖體的約束作用,通過控制節(jié)點反力的變化過程以模擬開挖荷載瞬態(tài)卸荷,采用爆炸荷載變化曲線模擬爆炸作用過程的爆破開挖擾動數(shù)值模擬方法,并利用該方法模擬分析了爆破開挖擾動對圍巖的損傷效應(yīng),結(jié)果表明,應(yīng)力重分布對圍巖損傷最大,隧洞圍巖損傷區(qū)主要由圍巖初始應(yīng)力重分布所導(dǎo)致,爆炸荷載作用將增大圍巖損傷區(qū)范圍,考慮開挖荷載瞬態(tài)卸荷作用的圍巖損傷區(qū)最大,且地應(yīng)力越高,開挖荷載瞬態(tài)卸荷作用對圍巖的損傷效應(yīng)越顯著。

在巖溶地區(qū)采用鉆爆法進行隧道開挖施工,溶洞的存在對隧道爆破開挖安全有直接影響,嚴重者會造成塌方、傷亡等重大事故.以圓梁山隧道巖溶地形為背景,采用dyna-2d軟件數(shù)值模擬了層狀巖溶地區(qū)的既有溶洞對隧道爆破開挖的影響,并結(jié)合現(xiàn)場進行了研究.研究結(jié)果表明,當(dāng)溶洞與隧道處于不同空間位置關(guān)系時,隧道爆破開挖時的應(yīng)力將重新分布,在隧道拱頂、直墻和墻腳不同位置會出現(xiàn)破壞危險區(qū)域.結(jié)合現(xiàn)場進行的數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場隧道破壞狀況一致,驗證了數(shù)值模擬的可靠性,為隧道施工提供了參考依據(jù).

以深圳安托山安巒公館基坑爆破開挖工程為研究對象,采用數(shù)值模擬方法分析了爆破振動傳播途徑中距離爆源不同距離處的振動速度,以及大斷面、小斷面隧道襯砌振動速度的分布情況。結(jié)果表明：在距離地鐵40m以內(nèi)爆破施工時應(yīng)采取減震措施;地鐵隧道迎爆側(cè)的水平和豎向振動速度要大于非迎爆側(cè),隧道襯砌最大振動速度在迎爆側(cè)拱頂和拱腳,爆破施工過程中應(yīng)對隧道迎爆側(cè)重點監(jiān)測和防護;隧道斷面對水平和豎向振動速度均有放大作用。

結(jié)合矮寨懸索橋錨碇隧道的爆破施工,通過圍巖的聲波測試得到圍巖損傷度和松動圈范圍在不同等級的爆破沖擊荷載作用下的發(fā)育規(guī)律,探討圍巖累積損傷程度和振動速度之間的對應(yīng)關(guān)系,以及引起巖體損傷度累計效應(yīng)的閾值,較為完整地描述了爆破沖擊荷載作用下圍巖損傷度和松動圈的發(fā)展過程。在此基礎(chǔ)上得出合理的爆破振動速度的控制指標。結(jié)果表明:錨碇隧道的爆破施工不但要控制單次爆破對圍巖的擾動,更重要的是,應(yīng)考慮圍巖在頻繁的近距離爆破作用下產(chǎn)生的累計振動效應(yīng)并加以控制。爆破振動速度控制在3～6cm/s時,最大圍巖松動圈厚度約為2.3m,圍巖平均損傷度約為0.15。當(dāng)測點處圍巖的振動速度小于2cm/s時,圍巖的損傷度積累不明顯,可視為爆破振動累積損傷閾值。

采用voronoi方法生成柱狀節(jié)理,并在炮孔壁邊界施加爆炸荷載,建立離散元數(shù)值模型模擬地下洞室光面爆破過程。通過設(shè)置不同地應(yīng)力水平的工況,來研究爆破開挖過程中地應(yīng)力和爆炸荷載耦合作用下柱狀節(jié)理玄武巖的松動機理。結(jié)果表明:爆破開挖過程中,柱狀節(jié)理面存在張開和剪切滑移兩種破壞模式,并在開挖卸荷時表現(xiàn)出張開后再閉合的特征。準靜態(tài)卸荷對圍巖松動變形的影響范圍小于開挖瞬態(tài)卸荷,而考慮爆炸荷載與開挖瞬態(tài)卸荷耦合作用的開挖方式下圍巖松動范圍最大。地應(yīng)力水平越高,開挖瞬態(tài)卸荷導(dǎo)致的松動變形范圍越大。

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,交通運輸上壓力越來越大,為減輕交通運輸方面的壓力,修路工程在我國的大力推廣,其中淺埋隧道爆破開挖施工階段安全控制的問題不斷地在修路工程施工中出現(xiàn),而在這其中新形勢下施工階段淺埋隧道爆破開挖及其震動效應(yīng)研究,是直接關(guān)系到修路工程施工的能否順利進行下去的關(guān)鍵因素之一,故主要就淺埋隧道爆破開挖及其震動效應(yīng)研究。

結(jié)合小凈距隧道爆破開挖的實際情況,利用ansys數(shù)值模擬的方法對由于后修隧道周邊眼爆破引起先修隧道的振動進行了分析研究。結(jié)果表明:在爆炸荷載作用下,先修隧道初期支護在爆炸后短時間內(nèi)內(nèi)力達到最大,但隨后衰減很快;先修隧道迎爆側(cè)拱腳和邊墻腳的振動速度最大,是爆破控制的薄弱部位,在施工過程中應(yīng)加強該部位的監(jiān)控量測。其研究結(jié)果對指導(dǎo)隧道工程施工爆破和保證先修隧道安全起到了重要作用,對相似工程也具有一定的參考價值。

以高速公路某隧道為例,建立爆破振動數(shù)值模擬模型并進行了分析,得到后行洞爆破對先行洞初期支護產(chǎn)生的一般影響規(guī)律,從而確定先行洞的初期支護參數(shù),以保證隧道初期支護的質(zhì)量和安全。為類似隧道工程的設(shè)計和施工提供參考。

為降低小間距隧道爆破開挖中爆破振動對既有隧道產(chǎn)生的影響,確保其正常運營,設(shè)置減震孔是一種有效的控爆措施。利用ansys/lsdyna軟件對減震孔在不同布置位置和形式的掏槽爆破進行數(shù)值模擬計算,發(fā)現(xiàn):在傳播方向上,隨著減震孔與爆源距離l的增大,質(zhì)點水平方向峰值振動速度和質(zhì)點峰值振動速度先減小后增大,而質(zhì)點垂直方向峰值振動速度相反。當(dāng)距離l為1m時,布置雙排梅花形減震孔效果最好,減振效率為10%～20%,其中垂直方向減振效率最高達到45%,并將小間距既有隧道中墻體迎爆側(cè)破壞作為安全評價基準。通過理論計算得出減震孔在隧道爆破中的衰減規(guī)律,為爆破振動強度的預(yù)測提供依據(jù)。

為了研究隧道爆破開挖條件下地表建筑的振動速度響應(yīng)規(guī)律,以福州高速公路魁岐1號隧道工程為例,對隧道上部地表建筑進行振動速度監(jiān)測,同時結(jié)合隧道現(xiàn)場的實際施工情況,利用ansys/ls-dyna動力有限元分析軟件對隧道爆破開挖引起的地表建筑的振動速度響應(yīng)進行了數(shù)值模擬。通過分析現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬結(jié)果得出以下結(jié)論:對比不同爆源條件下,地表建筑測點的峰值振動速度隨爆源距的增大而減小,而在相同爆源條件下,地表建筑測點的峰值振動速度隨爆源距的增大呈現(xiàn)先減小而后迅速增大的現(xiàn)象;地表建筑測點的峰值振動速度隨測點高度的增大有明顯的放大效應(yīng),且測點高度越大,放大效應(yīng)越明顯;隧道開挖成型后的空洞對于地表建筑測點的峰值振動速度具有明顯的空洞放大效應(yīng),且空洞距離建筑越近,放大效應(yīng)越明顯;考慮建筑測點峰值振動速度的空洞放大效應(yīng)時,隧道開挖宜采用先開挖深埋硐室后開挖淺埋硐室的施工順序。

淺埋偏壓隧道爆破開挖施工工法 北京市公路橋梁建設(shè)集團有限公司三分公司 石效民、李志星、張宇華、刁文超、孫景鳳、 張鵬、劉憲永、張洋洋、肖雙全、劉元松、郭鑫 1.概述 隧道工程在設(shè)計過程中由于受到線形和地形條件限制，局部往往不可避免地處于 淺埋、偏壓等不利地形中，尤其在隧道進出口段，由于埋深較淺，自穩(wěn)能力差，隧道 圍巖多風(fēng)化破碎，且受力復(fù)雜、偏壓普遍存在，隧道施工過程中圍巖和支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力 分布及變形情況復(fù)雜，因而增加了隧道施工變形和穩(wěn)定性控制的難度，開挖過程中如 不妥善處理，往往會造成隧道塌方、襯砌開裂等安全、質(zhì)量事故。本施工工法針對隧 道進出口淺埋偏壓問題，從加強支護平衡偏壓、控制爆破震動等方面著手，所用到的 施工措施成熟可靠，能夠保證淺埋偏壓段隧道開挖安全順利進行。 2.工法特點 1、在隧道洞口淺埋、偏壓段的偏壓一側(cè)，采用級配碎石分層反壓回填，層層夯實， 平衡偏壓產(chǎn)生的側(cè)壓力，回

采納公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與環(huán)境保護全面協(xié)調(diào)發(fā)展的全新模式,減少隧道洞口段施工對自然生態(tài)的不利影響,保護和合理利用生態(tài)環(huán)境,具有重要的工程意義。結(jié)合吉懷14標羊和巖隧道具體工程地質(zhì)條件,采用零開挖進洞法成功對原設(shè)計方案進行了優(yōu)化,通過適當(dāng)延長暗洞長度,減少仰坡刷坡土方量,采取合理的施工方法和輔助措施,實現(xiàn)了穩(wěn)定仰坡、保護生態(tài)環(huán)境的目的,可為類似工程提供借鑒。

地鐵隧道爆破施工總結(jié) 【廣鐵21-13標】山嶺隧道開挖 隧道土石方爆破工程施工總結(jié) 一、概況：

新建鐵路渝懷39標隧道爆破開挖作業(yè)指導(dǎo)書 1 隧道爆破開挖作業(yè)指導(dǎo)書 一、隧道概況 中鐵四局渝懷鐵路第三項目經(jīng)理部dk610+300~dk617+600 管段內(nèi)共有隧道五座。隧道位于懷化市賀家田鄉(xiāng)和黃金坳鎮(zhèn)境內(nèi)。 該段為山地、丘陵地貌，圍巖為砂巖、泥巖，圍巖級別為ⅲ、ⅳ、 ⅴ級，節(jié)理較發(fā)育，表層風(fēng)化較嚴重，地下水主要為少量基巖裂 隙水，隧道埋深較淺，覆土薄。 二、施工方法和主要機具 ㈠、根據(jù)隧道地質(zhì)圍巖條件，確定采用臺階法或全斷面施工，具體如下： 1、ⅳ級、ⅴ級軟弱圍巖采用多布眼、少裝藥、弱爆破、短進 尺的施工原則，達到松動圍巖的效果，周邊眼用光面爆破，保證 開挖輪廓成形，減少超欠挖。 2、ⅲ級圍巖段和較好圍巖采用光面爆破的原理，適當(dāng)提高裝 藥量，嚴格按鉆爆設(shè)計控制并不斷優(yōu)化，保證開挖輪廓成形，提 高炮眼痕跡保存率。 3、開挖進尺： ⑴ⅳ、ⅴ級圍巖：上導(dǎo)進

以某隧道進口工區(qū)淺埋區(qū)段隧道開挖爆破工程為依托,采用現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù),開展淺埋隧道開挖爆破振動效應(yīng)的研究.通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析,計算出適用于本工程質(zhì)點振動速度的薩道夫斯基公式,為爆破振動的控制提供依據(jù);對監(jiān)測數(shù)據(jù)作傅立葉變換,確定淺埋區(qū)段開挖爆破振動的主頻域范圍.結(jié)果表明:巖層具有高頻濾波特性,爆破地震波的主頻域隨爆心距的增大逐漸由高頻轉(zhuǎn)向低頻,具有明顯的衰變特性.

以某鐵路隧道為工程背景,該隧道為軟巖大變形隧道,且地下水極為豐富,隧道穿過軟巖地層時,初期支護多次出現(xiàn)下沉、開裂,最后導(dǎo)致初期支護置換,施工進度極為緩慢。針對隧道在軟巖地段時,研究隧道在滲流場—應(yīng)力場耦合情況下,對隧道采用三臺階開挖方法進行模擬,驗證施工工法的可行性。