复杂敏感环境城区隧道爆破振动及噪声控制技术

为了避免和减少隧道爆破振动及噪声对复杂敏感环境城区的影响,以珠海板障山新增隧道为例,采用数值模拟和现场爆破试验的方法,对不同掏槽眼延期时间下既有隧道迎爆侧进行爆破振动监测。发现掏槽眼延期时间4 ms时,既有隧道迎爆侧爆破振速最小。同时,针对隧道进口段周边建筑物繁多、爆破噪声大、飞石迸溅的问题,进行了炮孔封堵和防飞石的试验。设计发明了一种新型炮孔堵塞装置,在装药量增大情况下,爆破噪声能够控制在允许范围内。在洞口采用联合防护门帘,减少了飞石迸溅的风险。可为复杂敏感环境城区隧道爆破振动和噪声控制提供参考。

大偏压公路隧道组合式洞门结构设计及力学特性分析

贵州省某公路匝道隧道洞门存在大偏压地形,洞门存在高边仰坡问题,设计一种双排桩基、承台、耳墙组合式洞门结构,解决了刷坡与大偏压问题。通过数值模拟并结合工程施工监测数据进行对比,对设计方案和组合式洞门结构受力特性进行了研究。结果表明:在本工程大偏压地形条件下采取组合式洞门结构形式设计是合理的,确保了隧道顺利暗挖进洞;大偏压地形条件下组合式洞门结构受力呈现与边坡坡率方向为轴线的对称受力特性,拱顶最大沉降位于拱顶中间偏向边坡方向,隧道最大水平位移位于拱腰位置;该组合式洞门结构桩基承受竖向荷载同时兼做边坡抗滑桩,结果表明起到了很好的加固作用;本工程针对大偏压地形的组合式洞门结构设计与采用的数值分析方法可为类似工程提供借鉴经验。

低温饱水粗粒砂岩强度特性和破坏模式研究

为了研究低温条件下饱水粗粒砂岩的力学特性,以内蒙古自治区鄂尔多斯某冻结副立井为工程背景,以-500～-700 m基岩段粗粒砂岩为研究对象,进行常温(20℃)和不同低温(-10,-15,-20,-30℃)条件下饱水粗粒砂岩的单轴压缩试验,分别探讨低温对饱水粗粒砂岩单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的影响以及低温饱水粗粒砂岩的破坏模式。结果表明:随着温度的不断降低,低温饱水粗粒砂岩的弹性模量和单轴抗压强度均不断增大,泊松比不断降低;低温饱水粗粒砂岩单轴压缩破坏形式主要有两种,即柱状劈裂破坏和单一斜截面剪切破坏附带劈裂裂隙。研究结果可为低温条件下岩石力学特性和煤矿冻结凿井施工设计提供参考依据。

轴向不耦合装药结构形式优化仿真研究

为了改变某隧道平导爆破效果差、爆炸能量利用率低的现状,采用ANSYS/LS-DYNA模拟不同轴向不耦合装药结构形式对爆破效果的影响,优化装药结构,以期达到增强爆破效果,降低粉尘量和岩石大块率的目的。合理的选择数值模拟中的材料模型和算法,是高效模拟分析轴向不耦合装药结构爆破的关键,因此采用ALE算法对孔口空气填塞不耦合,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合,孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合,孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合,孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合和孔口炮泥填塞与中、上部水介质间隔不耦合的装药结构进行数值模拟,并以爆炸应力波云图和最大拉应力来评价炸药爆破效果。数值模拟结果表明:水介质可以降低炮孔壁附近岩石的压力。装药长度1.25m时,孔口炮泥填塞、上部空气间隔不耦合装药结构较孔口空气填塞不耦合装药结构,能提高爆炸能量的利用率;孔口水介质填塞、底部水介质间隔不耦合装药结构和孔口炮泥填塞、上部水介质间隔不耦合装药结构,爆炸能量利用率基本相同;孔口水介质填塞、中部水介质间隔不耦合装药结构的炸药爆炸能量利用率较其余5种装药结构都大,能提高爆炸应力波对岩石的作用,使得爆炸应力波更加均匀作用于岩体,降低大块率产生。此数值模拟结果可为现场爆破方案设计与实施提供依据。

爆炸作用下冻结管振动响应规律研究

为了保证井筒冻结基岩段爆破掘进施工不致冻结管发生断裂,冻结井筒安全施工,对爆炸作用下冻结管的振动响应规律进行了研究。通过对爆炸应力波的近似简化和坐标变换,获得了纵波在冻结管周围发生散射时冻结管的应力场和位移场的复数形式。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同温度下(-10℃、-15℃、-20℃和-30℃)冻结管对爆炸作用的振动响应规律进行数值模拟研究,以不同时刻下冻结管的压力云图和速度云图,以及冻结管的应力和速度随着温度的变化曲线分析冻结管对爆炸作用的振动响应规律。数值模拟结果表明:随着温度不断降低,冻结管的最大拉应力、最大压应力、径向振动速度和切向振动速度均不断降低;冻结管的最大拉应力大于最大压应力,径向振动速度大于切向振动速度。因此,可将冻结管的最大拉应力和径向振动速度作为井筒冻结基岩段爆破掘进施工的安全控制依据。此结论为现场冻结方案和爆破方案设计与实施提供依据。

基于RFID技术的结构应变传感器研究综述

对结构关键部位开展定期或连续应变监测,从而判断结构是否过载或损伤,是结构健康监测的主要方法之一。为突破结构传统应变监测方法布线量大、安装维护费用高、可靠性差等问题,近些年国内外学者提出RFID应变无线传感技术,实现无源、非接触式的无线应变测量。本文首先介绍了RFID技术基本原理,包括其主要硬件组成及负载调制数据无线传输方法。以此为基础,分别从三个方面:传感器设计思路、传感器工作频段以及有无芯片对RFID应变传感器研究进展进行系统总结,分析了各类RFID应变传感器关键设计思路、技术难点,阐述了各自优缺点及应用现状,讨论了未来RFID应变传感设计的研究方向。

PVC管聚能爆破法在水平砂泥岩隧道中的应用

以蒙华铁路段家坪隧道为例,分析了水平砂泥岩隧道爆破成型特点,提出了PVC管聚能爆破方法,研制出了PVC管聚能爆破装置,采用PVC管聚能爆破方法达到了预期的爆破成型效果。PVC管聚能结构方向与水平岩层层理结构基本垂直时,需减少炮眼间距,PVC管聚能爆破方法能够顾更好的控制水平砂泥岩地层隧道的超欠挖量,大部分超挖量控制在15 cm以内,最大超挖量减少了78.8%。同时若工厂规模化生产PVC管聚能结构,可以更好省时省材,提高工作效率。

水平砂泥岩地层隧道变形规律和预留变形量研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道施工变形规律及预留变形量,以段家坪水平砂泥岩地层隧道为例,对拱顶沉降和净空收敛监控量测数据进行分析,采用数值模拟、监测数据分析和质量保证率等方法对水平砂泥岩地层隧道预留变形量进行研究。结果表明:水平砂泥岩地层隧道施工变形主要分为开始变形阶段、加速变形阶段、过渡变形阶段和稳定变形阶段4个阶段;水平砂泥岩地层隧道Ⅳ级围岩段预留变形量设置在50~60 mm为宜。

水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应研究

为了研究水平砂泥岩地层隧道爆破振动效应,以段家坪隧道为例,采用数值模拟,对拱顶、拱肩、拱腰和拱脚的振速和应力以及节理对应力波传播的影响规律进行分析,将数值模拟和现场爆破振动数据进行对比。结果表明:拱顶处的振速和应力最大;随着岩体中水平岩体层数的增加,K值减小,α值增大;水平层状岩体模型中,节理两侧的振速与应力衰减幅度较均质模型中大;由于实际隧道围岩并不是均质的,现场监测振速数据拟合出的振动波衰减指数α偏大。

深埋碳质板岩隧道采用不同开挖方法时围岩及初期支护变形特征

大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道为深埋碳质板岩隧道,利用MIDAS/GTS建立数值模型研究该隧道开挖过程中围岩及初期支护变形特征。结果表明:含仰拱全断面开挖在控制围岩变形和剪切破坏方面比不含仰拱全断面开挖更有优势,掌子面渗水导致实测的围岩变形量稍大于数值模拟结果;围岩压力和钢拱架应力出现急剧增长、增速变缓、趋于稳定3个阶段。急剧增长阶段围岩压力和钢拱架应力的最大值分别占整体最大值的70%～85%和60%～85%,围岩变形、围岩压力和钢拱架应力的最大值均出现在拱顶,较大值均出现在右拱腰和左拱脚,存在右上左下的偏压现象。

聚能爆破在隧道开挖成型控制中的仿真试验研究

为了提高水平岩层隧道光面爆破效果,减少隧道爆破开挖超欠挖量,提高施工速度和减少工程投资,以段家坪隧道为例,采用数值模拟和现场试验对聚能爆破在隧道开挖成型控制中的作用进行研究。数值模拟结果表明,聚能结构一侧上的围岩节点振动速度和单元应力均大于非聚能结构一侧。现场聚能爆破试验表明,周边眼聚能装药结构能够更好地控制水平砂泥岩地层隧道爆破成型,大部分超挖量控制在15 cm以内,最大超挖量减少了78.9%。

带缺陷隧道底板结构空气耦合冲击回波响应特性研究

针对隧道底板中空腔、含水、裂缝等结构内部损伤情况,为提高传统接触式冲击回波方法的检测效率,从气-固耦合的角度出发,以空气作为底板结构与检测系统之间应力波传播的耦合介质,开展隧道底板结构内部缺陷的空气耦合冲击回波响应特性研究。研究结果表明:1)采用空气耦合冲击回波的方法确定的底板结构内部缺陷深度与缺陷理论深度值基本吻合;2)检测系统的精度与缺陷尺寸及深度有关,随着缺陷尺寸的减小及深度增加,检测精度逐渐降低;3)空气耦合冲击回波方法对空腔和含水缺陷的检测效果优于裂缝缺陷检测效果。

水平砂泥岩隧道锚杆支护变形和受力特性研究

为了分析水平砂泥岩隧道锚杆支护效果,以段家坪隧道为例,通过数值模拟和现场监测,对隧道拱顶沉降、锚杆轴力和初期支护与围岩接触压力进行研究。结果表明:锚杆长度达到3 m,锚杆间距达到1.5 m后,继续增加锚杆长度和减少锚杆间距对于隧道拱顶沉降的控制作用不再明显;隧道拱部锚杆轴力较大,隧道拱腰和拱脚处锚杆受力较小;随着水平砂泥岩隧道围岩强度的降低,拱部锚杆轴力不断增大。围岩强度越低,锚杆能够更好发挥控制围岩变形的作用。

软岩隧道台阶法含仰拱一次开挖台阶高度与长度研究

软弱围岩隧道采用传统台阶法施工时,仰拱的开挖及其初期支护均作为独立工序存在,可能引起由于初支封闭不及时而产生的初支过大变形、掉拱、关门塌方等安全事故,与掌子面开挖施工不可避免会产生相互干扰。依托蒙华铁路段家坪隧道,采用FLAC3D数值模拟方法,建立不同台阶高度和长度的数值模拟计算模型,从拱顶沉降、周边收敛、初期支护的最大主应力、掌子面稳定性、施工工效和施工便利性方面,对软弱围岩隧道台阶法(含仰拱)一次开挖台阶高度与长度进行研究,研究结果表明,中台阶高度宜控制在3m左右,下台阶高度控制在隧道高度的30%~45%之间且不宜小于中台阶的高度,上台阶高度控制在隧道高度的25%~40%之间,中上台阶长度易控制在4~6m以内,为工程施工提供参考。

监控量测在三台阶预留核心土隧道施工中的应用与分析

监控量测是新奥法施工中重要的组成部分,是工程动态设计与施工的依据。以玉磨铁路新平隧道为例,系统性的阐述了监控量测点的布设原则、监控量测数据的采集方法、频率、数据处理方法。对拱顶下沉、上台阶收敛、中台阶收敛和下台阶收敛随着时间变化规律进行分析,总结了上台阶收敛随着时间变化呈现出“加速变形-过度变形-趋于稳定”的3阶段变化规律,采用一次负指数方程预测上台阶收敛变形,为类似工程提供一定参考。

大偏压公路隧道组合式洞门结构设计及力学特性分析

贵州省某公路匝道隧道洞门存在大偏压地形,洞门存在高边仰坡问题,设计一种双排桩基、承台、耳墙组合式洞门结构,解决了刷坡以及大偏压问题。通过数值模拟并结合工程施工监测数据进行对比,对设计方案及组合式洞门结构受力特性进行了研究。结果表明:在本工程大偏压地形条件下采取组合式洞门结构形式设计是合理的,确保了隧道顺利暗挖进洞;大偏压地形条件下组合式洞门结构受力呈现与边坡坡率方向为轴线的对称受力特性,拱顶最大沉降位于拱顶中间偏向边坡方向,隧道最大水平位移位于拱腰位置;该组合式洞门结构桩基承受竖向荷载同时兼做边坡抗滑桩,结果表明起到了很好的加固作用;本工程针对大偏压地形的组合式洞门结构设计以及采用的数值分析方法可为类似工程提供借鉴经验。