Vibration reduction technology and the mechanisms of surrounding rock damage from blasting in neighborhood tunnels with small clearance

Interlaid rock is an important component in the construction of neighborhood tunnels that supports and reinforces the area between two tunnels.However,the blasting load during excavation can sometimes damage the interlaid rock and threaten the stability of a tunnel’s structure.This paper presents a case study of the small clearance section of the Liantang highway tunnel project in Shenzhen,China,where the minimum distance between the two tunnels involved is only 0.5 m.To reduce the damage to the interlaid rock caused by blasting loads,we proposed a four-part excavation method with a vibrationcushioning rock layer in the following tunnel of neighborhood tunnels.Numerical simulation was used to model the damage prevention mechanism of the vibration-cushioning rock layer and to better understand the propagation of cracks in the interlaid rock.Furthermore,based on the simulation results,combined microseismic controlled-blasting technology was implemented,using innovative blasting patterns combined with different charge structures and blasting equipment designed according to the varying thickness of the interlaid rock.Finally,this implementation succeeded in protecting interlaid rock during blasting operations.

偏压小净距隧道初期支护施工力学研究

为研究不同施工顺序下偏压小净距隧道初期支护及周边围岩的稳定性,采用有限元法进行数值模拟,结合初期支护内力、围岩变形和塑性区范围的计算结果进行比较分析,得到隧道周边围岩的变形原因及规律,提出以隧道间土体受力状态为主要依据进而确定施工顺序的结论,为类似隧道工程提供参考依据。

考虑双洞净距的浅埋隧道锚围岩压力分布规律

文中考虑小净距隧道先后行洞开挖之间的相互影响效应,推导得到浅埋小净距隧道锚围岩压力计算公式,结合有限元数值模型,研究不同双洞净距对围岩压力、地层沉降、围岩应力分布和塑性区发展规律的影响.结果表明:推导得到的浅埋小净距隧道锚围岩压力计算方法能够充分考虑后行洞开挖对先行洞扰动的影响,随着双洞净距的逐渐增大,后行洞对先行洞影响逐步减弱,在净距大于1.6倍最大洞径后双洞内侧薄弱区围岩压力与外侧相等.地层沉降曲线在隧道拱顶处呈现出明显的“W”形,在净距大于1.3倍最大洞径后中夹土柱区地层沉降较为稳定.锚洞洞周围岩应力分布和塑性区发展与双洞净距呈负相关,当净距小于30%最大洞径时中夹土柱塑性区有贯通趋势,不利于隧道结构的安全和稳定性.

小净距大断面隧道先行洞爆破振动响应特性分析及其安全控制

在小净距大断面隧道后行洞爆破开挖过程中,如何保证先行洞的爆破振动安全极为关键。以京秦高速双向六车道小峪隧道为工程依托,监测分析了后行洞开挖过程中先行洞纵、横断面的爆破振动速度分布规律;依据爆破振动跟踪监测结果,动态调整优化后行洞的爆破设计参数,并提出了相应的爆破振动安全控制措施。结果表明:小净距隧道后行洞开挖时,先行洞边墙径向振动的速度最大,且主要由掏槽孔爆破引起,垂直向振速略低于切向振速,但二者差别不大,爆破振动能量主要集中在30~100 Hz频段;对于先行洞纵断面上的振动分布,峰值振速总体随爆心距衰减,衰减速率也随之降低;未开挖方向的振速相对较高,约为同等距离已开挖向振速的1.2~1.6倍;对于先行洞横断面上的振速分布,迎爆侧的振速明显高于背爆侧,其中边墙部位迎爆侧振速可达背爆侧的5~10倍;现场针对爆源采用多级复式掏槽,优化炮孔分布,雷管段别增加至12段来减少相应的单段药量,以及增大起爆间隔至60 ms来等措施控制爆破振动,现场实践表明,优化后的爆破设计可使先行洞边墙振速降低约50%。

开挖工法对灰岩地区小净距公路隧道稳定性影响研究

由于受到地形地质条件的限制,城市之间高速公路不可避免地会采用小净距隧道结构形式。考虑不同开挖工法对小净距隧道围岩和中夹岩稳定性影响,采用数值模拟的方法,从位移、应力和塑性区等方面开展研究。结果表明:针对灰岩地区的小净距公路隧道,采用全断面开挖方式,隧道周边岩体受扰动大,围岩不稳定;采用CD法和上下台阶法施工,隧道周边岩体扰动较小;采用三台阶开挖方式,对隧道周围岩体影响最小。实际开挖过程中,应结合现场施工情况,合理选择最优开挖方式,降低施工风险,达到低碳环保的要求。

浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力计算与监测分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力的大小及分布规律,针对该类型隧道的特点,建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力荷载计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。依托忻保高速钻钱门隧道工程对双侧偏压小净距隧道围岩与初期支护间接触压力进行现场监测,获得了该类型隧道围岩压力随时间和后行洞开挖影响的变化规律。由理论计算与现场监测结果对比分析可知,隧道各关键点围岩压力监测值均小于理论值,且其分布规律与理论成果相接近,表明计算模型合理。为该类型隧道设计与衬砌荷载的计算奠定了理论基础。

循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析

为了研究循环爆破荷载对小净距隧道中夹岩的影响,以六月田分岔隧道为工程背景,采用LS-DYNA有限元软件建立分岔隧道的三维模型。基于HJC本构模型,通过引入损伤变量,模拟循环荷载作用下小净距隧道保留岩体的累积损伤演化过程,探讨中夹岩累积损伤程度、损伤范围与爆破次数之间的关系;在此基础上,根据损伤区质点振速衰减规律,通过数据拟合,建立单次爆破装药量、最大损伤范围与临界损伤峰值质点振速之间的函数关系;最后利用现场的声波测试结果与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的合理性和准确性。研究结果表明,数值模拟结果与现场测试结果较为吻合,最大损伤范围出现在中夹岩的拱肩;相比单次爆破,循环多次爆破开挖造成的累积损伤范围明显增加,临界损伤峰值质点振速显著降低。

邻近隧道施工既有桥桩变形控制及注浆加固方案优化

为了分析隧道在已有桥桩附近施工时对桥桩产生的影响,依托深圳市葵坝路隧道下穿高速公路桥梁段,采用三维有限差分法研究隧道动态施工引起的地表沉降以及桥梁桩基变形的规律,将数值模拟结果与现场监测结果进行对比分析,验证本文方法的正确性和有效性。为了进一步得到控制地表沉降和桥桩变形的最优注浆加固方案,通过改变注浆范围提出不进行注浆加固、原注浆加固以及优化后的注浆加固3种方案,并对这3种加固方案下地表沉降和桥桩变形进行对比分析。研究结果表明:优化后的注浆加固方案不但能够有效控制地表沉降和桥桩位移,而且能减小注浆范围,是最佳注浆加固方案。

地表荷载对浅埋非对称小净距隧道的影响分析

为获得浅埋非对称小净距隧道在地表荷载作用下的地表沉降、拱顶下沉和支护应力在施工过程中的变化特征,依托重庆渝中连接隧道工程为依托,采用二维数值分析方法,分析了地表荷载位于小隧道正上方、大隧道正上方及均布于大小隧道上方3种荷载作用下,先行洞为小隧道或大隧道两个施工过程。结果表明:当小隧道采用单侧壁导坑法和大隧道采用环形开挖留核心土法施工时,地表总荷载越大,地表沉降越大,地表荷载影响最终地表沉降曲线的形态及沉降值大小;大小隧道的施工先后顺序对拱顶下沉随工序变化的规律没有影响;后行洞临近先行洞的开挖对先行洞的支护应力影响非常大。分析结果可为类似工程建设提供理论支持和科学指导。

小净距隧道中夹岩加固技术研究

中夹岩的稳定是小净距隧道建设成功的关键。而小导管注浆、系统锚杆及水平贯通预应力锚杆是应用最为广泛的3种中夹岩加固技术,并在实践工程中得到有效验证。中夹岩加固技术主要通过提高围岩力学参数与改变力学状态等发挥加固作用。小导管注浆多适用于低类别围岩;高类别围岩中采用系统锚杆较为合理;水平贯通预应力锚杆及其组合加固方法适用于各类别围岩。

小净距隧道开挖工艺对围岩稳定性的影响

为研究小净距隧道的不同开挖工艺对围岩稳定性的影响,对重庆花土岗隧道分别利用全断面法、上下台阶法和单侧壁导坑法进行了开挖有限元数值模拟,分析了小净距隧道不同施工方法对洞周围岩稳定性的影响。结果表明:全断面法对隧道围岩及中夹岩柱的水平位移和应力影响较大;上下台阶法和单侧壁导坑法影响相对较小。施工中应根据实际情况选择合理的开挖方法,及时施作支护并加强监测,保证施工质量。本文的分析方法和计算结果对小净距隧道设计、施工具有一定的参考价值。

浅埋偏压小净距隧道大型振动台实验研究

浅埋偏压小净距隧道具有与其它形式隧道不同的受力特点,其地震响应特性也必然不同于其它隧道。基于相似理论设计并完成了浅埋偏压小净距隧道大型振动台模型实验,研究了小净距隧道分别在X(水平)向、Z(竖直)向、XZ双向(水平竖直同时输入)多种工况汶川地震波作用下隧道衬砌加速度和动应变响应规律。实验结果表明:(1)衬砌加速度受地震波的入射方向影响较大,且Z向的影响大于X向,XZ双向的影响大于单向,左洞隧道的加速度响应大于右洞隧道;(2)衬砌应变受地震烈度的影响较大,隧道衬砌在地震作用下承受拉压循环荷载,以受拉为主,右洞隧道衬砌的动应变响应大于左洞隧道;(3)综合衬砌加速度与动应变的响应分析,左洞隧道的左半部分和右洞隧道的拱脚是隧道衬砌在地震作用下容易发生损坏的部位,在进行设计配筋时应特别注意。对于浅埋偏压小净距隧道衬砌进行抗震设计计算时,应考虑Z向地震的影响。研究成果可为浅埋偏压小净距隧道工程的抗震设计提供参考。

大跨偏压小净距隧道分部导坑法施工力学效应

随着我国城镇化、机动化进程不断加快以及车辆的急剧增长,为了保证资源的合理、快速调配,势必会修建更多大跨隧道。对于埋深浅、围岩破碎的软弱地带,传统的施工方法已不能完全适应大跨隧道施工的要求。在浙江省50省道莲都段改、扩建工程路湾隧道的施工过程中总结了分部导坑开挖法,阐述了分部导坑法的施工原理、施工工艺流程及适用范围,分析了核心土临时支护的稳定性和合理曲率形式,最后与双侧壁导坑法进行模拟对比。结果表明,分部导坑法与双侧壁导坑法所用工程材料一致,但开挖后拱顶与水平位移均较双侧壁导坑法小,并可有效地解决因双侧壁导坑法开挖时扰动拱部范围围岩而引起的坍塌、冒顶等问题,改善了作业环境,保障了施工安全,同时分部导坑法可多工序循环流水作业,避免施工相互干扰,可提高施工效率;最后分析了小净距隧道先、后行洞分部导坑法施工的合理间距,可为同类工程提供参考和借鉴。

小净距左右不同跨度隧道施工对上部建筑物变形影响分析

依托重庆市两江桥的渝中连接隧道,应用有限元软件ANSYS建立包括建筑物在内的3D隧道模型。分别计算小净距左右不同跨度隧道采用左洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅰ)、左洞先行的超短台阶+弧形导坑预留核心土(工况Ⅱ)和右洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅲ)施工方法对上部建筑物的位移变化规律。研究结果表明:在3种工况下,隧道施工对上部建筑物最不利影响发生在左右隧道交接阶段,上部建筑物的水平位移和竖向位移影响规律大致相同;相比工况Ⅲ,工况Ⅰ下的水平偏移量减少21.1%,沉降量增加0.2%,在工况Ⅱ中相应值为-19.44%、0.29%;建筑物沿高度方向的位移在隧道施工过程中逐渐增大,但增长速度减缓,工况Ⅲ中沿建筑物高度方向沉降增加量百分比分别为5.73%,9.32%,10.46%;当围岩较好、支护支撑合理、地表存在不对称荷载时,先开挖远离建筑物一侧的隧道更合理。

城市复杂地质与环境条件下小净距隧道设计

以厦门环岛干道会展中心隧道工程为背景,探讨了在城市复杂地质与环境条件下小净距隧道下穿排洪箱涵时隧道平面、纵断面线型设计;隧道结构支护参数设计;隧道下穿排洪箱涵施工方法及隧道监控量测设计.分析结果可为类似地层的小净距隧道的设计与施工提供参考和经验.

非对称建筑荷载作用下小净距隧道施工模拟分析

在非对称建筑荷载作用下,采用CRD法和预留核心土弧形导坑法两种施工开挖方案,对小净距隧道的施工过程进行了数值模拟研究。对两种施工方案的洞室周边竖向变形、地中围岩变形和洞室周边的围岩应力进行了对比分析,揭示了非对称建筑荷载作用下两种方案的洞室周边竖向变形规律和变形规律的相似性,获得了地中围岩变形的变化规律,对信息化反馈施工,指出了必须重点监控与关注的位置。

小净距隧道开挖方法和中岩柱加固技术探讨

小净距隧道是有别于连拱隧道和分离式隧道的一种特殊的隧道结构形式,其施工方法和中岩柱加固技术还处于研究发展阶段。论述了小净距隧道开挖方法和中岩柱加固技术。

隧道中墙承载模型与稳定性判据研究及其应用

如何确定连拱隧道和小净距隧道中墙的合理宽度是隧道设计中的难题.建立了中墙承载应力与隧道跨度、中墙宽度和隧道埋深之间的关系,应用数值方法计算了不同中墙宽度、不同隧道埋深情况下中墙内的垂直应力,采用回归的方法确定了中墙承载的修正系数K与隧道跨度和中墙宽度的关系,从而建立了连拱和小净距隧道中墙的承载模型.将单轴抗压强度作为连拱隧道混凝土中墙的极限强度,根据极限平衡理论建立了小净距隧道原岩中墙加锚支护的极限强度,最后分别给出了连拱隧道和小净距隧道中墙的稳定性判据.举例说明了中墙稳定性判据在设计中的应用,并采用弹塑性损伤有限元计算结果验证了判据的可用性.

小净距隧道洞口段地表下沉分段曲线拟合研究

针对基于最小二乘法的曲线拟合方法无法考虑小净距隧道先、后洞相互影响的施工特点,根据隧道先、后洞不同步开挖对洞口段地表下沉规律的影响,提出一种新的预测地表下沉的分段曲线拟合方法,并对隧道施工现场洞口段地表下沉量测数据进行分段曲线拟合分析.结果表明:采用分段曲线拟合法能较好反映地表下沉随先行洞与后行洞掌子面向前掘进的变形规律并可预测最终下沉量,避免了多项式函数无法预测最终下沉量以及指数与对数函数拟合精度偏低等问题;隧道先、后洞由不同步施工开挖引起的地表下沉量沉降槽曲线并不对称,最大地表下沉量偏向后行洞.

深埋小净距隧道围岩压力代表值探讨

研究目的:深埋小净距隧道围岩压力计算方法一直是隧道设计的难点问题,本文采用单洞隧道围岩压力代表值的思路和计算方法,研究深埋小净距隧道围岩压力大小与分布规律,为完善小净距隧道支护结构设计提供参考。研究结论:(1)提出了围岩压力全寿命周期演变规律,将隧道围岩压力从施工至破坏分为施工阶段、服役阶段、破坏阶段、破坏后阶段4个阶段,据此得出了采用塌落拱理论和普氏理论计算围岩压力的不合理性在于:该理论得出的是破坏后阶段的塌方高度,而该阶段的支护结构已不存在,因而采用该阶段的塌方高度作为围岩压力对于结构设计而言已无意义;(2)将最小支护力pimin与围岩压力代表值的思路和计算方法引入至深埋小净距隧道围岩压力计算,结果表明小净距隧道围岩压力代表值的大小、分布形态与净距、埋深等因素密切相关,共有3种形态,即内外侧相当、外侧大于内侧、内侧大于外侧;(3)提出了小净距隧道内侧侧压力系数计算方法,得出了内侧侧压力系数不大于外侧的结论。