隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律研究
隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律
研究
摘要:随着我国经济的飞速发展，对于道路交通的需求也越来越大，交通基础设
施建设也得到了极大的发展。然而，在我国北部以及西南山区等地，修建道路最
大的难度是开挖山岭隧道。我国山岭隧道的开挖会导致一般采用钻爆法，钻爆法
虽然成本较低，但是钻爆过程中会产生一系列问题，尤其要注意爆破振动对于地
表建筑的影响，监测不当甚至会造成安全事故。因此，研究隧道开挖形成的空洞
效应对于爆破振动波传播特征的影响规律，具有非常重要的意义。
关键词：隧道开挖；空洞效应；爆破振动波
1 爆破振动波传播特征以及强度监测分析
1.1 爆破振动传播规律
我国目前主要的隧道开挖方式是钻爆法，钻爆法就是通过钻孔，往钻孔中装入炸药，然
后通过炸药爆破开挖岩体的方法。岩体中的炸药爆炸时，会在岩体介质中激发质点沿平衡位
置的往复振动，这种现象称为爆破振动。爆破的冲击压力以波动的形式向四周扩散，称为应
力波，最常见的应力波就是地震波。由于岩体的爆破受自身性质以及周围环境等的影响，存
在诸多的不确定性和复杂性，因此，爆破振动波的传播规律复杂，研究难度大。
根据距离爆破源距离的远近，可以将爆破应力波分为冲击波、应力波和地震波。冲击波
和应力波分别存在于近源区和中源区。应力波传播到远源区遇到界面以后，经过反射和折射
叠加，形成爆破地震波。地震波是由近源的应力波转化而来并且在岩土介质中传播时，能量
逐渐衰减的扰动。爆破振动波由于其爆破源情况复杂，传播介质环境多变，受炸药性能、岩
体性质、钻孔规格、装药结构以及岩体传播介质的岩石物理性质和地形地貌环境等影响，爆
破振动波在传播过程中随机性较强，研究其传播规律，需要对振动波组成、传播方式、以及
传播过程进行分析探究。爆破地震波是一种宽频带波，含有多种频率的成分。由于岩体介质
具有滤波作用，在地震波传播的过程中，高频易被吸收，低频不易被吸收，传播距离远。地
震波中，不同波频对于环境、岩体结构、设备和人员的影响也不同，当地震波频率和设备的
固有频率一致，会产生共振，对岩体和设备造成损害。因此，要监测爆破振动波的频率变化。
地震波按照波面形状，可以分为球面波、柱面波、平面波三种类型，地震波在岩体中传
播时，主要是以球面波和柱面波的方式传播，并且，随着传播距离的不断增大，波面的形状
也随着不断扩展，由于波能是均匀分布在波面上的，随着波面的增大，波能逐渐降低，发生
衰减现象。同时，地震波在岩体等介质中传播时，要克服质点之间的摩擦和粘滞作用，使得
波在传播过程中发生能量的衰减。
1.2 振动强度监测及预测
爆破施工过程中，爆破振动、冲击波、噪声等都会对环境、设备以及人员造成不好的影响，而爆破振动对岩体结构、设备的危害最大，甚至会造成建筑物的开裂、岩体垮塌滑坡及
开挖隧道的坍塌等。因此，对爆破振动波进行监测和预测，具有十分重要的意义。
爆破振动造成危害的主要影响因素是振动的强度、频率以及振动的持续时间，其中，强
度是最为主要的因素。工程上对爆破振动进行现场监测应用最为广泛的是TC-4850爆破振测仪，其工作原理主要有以下几个方面，首先是采集振动信号，如图1所示，当信号传递至三
矢量传感器后，传感器的感应原件受外界的振动扰动会产生感应电流，电流会存储到电容器中，产生感应电动势。其次，要进行振动信号的转换，经过三矢量传感器后，振动信号转化
为电信号，而电容器中又以电动势的形势储存下来，因此，信号振动的强弱就可以用感应电
动势的大小来表示。最后，对数据进行处理分析，爆破测振仪可以通过数据分析处理软件对
采集的振动信号进行分析处理，然后以波形等能够反映振动强弱的物理参数形式将数据输出。
图1 爆破测振仪监测原理
2 空洞效应对爆破振动的影响研究
空洞效应就是隧道开挖过程中，破坏了围岩的完整性，使得地表的振动速度发生区域性
的变化，在已经开挖的隧道洞区，上方地表的振动速度峰值大于掌子面前方对称位置还未开
挖呈洞区的地表振动速度，这种现象就成为空洞效应。随着隧道的开挖，由于空洞效应，在
洞区和非洞区，爆破振动强度有着明显的差异，考虑空洞效应现象的影响，保证洞区和非洞
区最大振动速度控制在安全范围内。
分析监测点主频带和能量衰减规律，一般来说，位于掌子面正上方监测点的主频最高，
能量最大，沿隧道两侧逐渐减弱。随着距离爆破源的距离不断增大，振动频率也具有衰减的
特征，由近源向远源，频率逐渐变低，当频率衰减到和地表建筑、设备固有频率接近时，会
发生共振现象，对建筑造成一定程度的损害。
空洞效应随着隧道埋深的增加，逐渐减小，隧道断面越大，隧道围岩爆破振动载荷越大，空洞效应越为明显。如下图2所示，空洞效应的放大系数与测点距掌子面距离不是呈现单一
的正相关关系，在一定的距离范围内，空洞效应放大系数随距离增大而增大，随后，随着距
离继续增大，放大系数又有一个减小的过程。因此，可以看出空洞效应有一个影响范围，对
爆破振动波的传播有一个放大效应的区域。根据放大系数和距离变化关系可以将空洞效应影
响区域分为两个部分，一是在距掌子面距离1.5倍洞径范围内，空洞效应对爆破振动放大效
应影响大，为主要空洞效应影响区域，另一部分在此距离之外的隧道上方地表，空洞效应影
响较弱，对于爆破振动波的传播影响小。
图2 振动速度放大系数随距掌子面距离变化关系趋势图
3 结论
笔者通过调研爆破振动波的传播特征，爆破振动在传播过程中强度的变化规律，以及对
爆破振动强度的监测和预测分析，研究了空洞效应的产生原理，从埋深、断面面积、隧道掘
进方向等几个方面分析空洞效应对于爆破振动的变化影响规律，分析爆破振动放大系数和距
掌子面距离的关系，确定了空洞效应对于爆破振动传播的影响范围，对于隧道的顺利开挖具
有一定的指导意义。
参考文献
[1]郭辉. 爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究[D].西南交通大学,2017.
[2]喻军,刘松玉,童立元. 浅埋隧道爆破振动空洞效应[J]. 东南大学学报(自然科学
版),2010,40(01):176-179. [2017-09-26].
[3]唐海. 地形地貌对爆破振动波影响的实验和理论研究[D].中国科学院研究生院（武汉岩土力
学研究所）,2007.
爆破振动信号分析技术研究
爆破振动信号分析技术研究 由于爆破振动信号具有短时非平稳的特点，传统的傅里叶变换不能满足爆破振动信号的研究，现已出现了很多信号分析方法。本文结合现代爆破振动信号分析常用的傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换、小波包变换、HHT变换的原理分析了各种方法的优缺点，并简述爆破振动分析技术的研究现状。 标签：爆破振动信号；傅里叶变换；技术 1 引言 现代爆破技术越来越广泛地应用于矿山、水利、交通、隧道开挖等工程。在完成岩石爆破破碎的同时，必会伴生爆破飞石、地震波、噪音、粉尘等爆破公害。爆破地震波对周围建筑物的影响即爆破地震效应产生的破坏作用可谓爆破公害之首，爆破振动危害控制一直是国内外爆破安全技术的重要研究课题。爆破振动信号的分析技术又是研究爆破振动控制的基础和前提。对实测的爆破地震波采用各种数字信号处理技术进行分析和处理，提取信号的时频特征，一直是爆破振动信号分析的主要研究方向之一。 爆破地震波作为一种由爆炸应力波转换而来的、在岩土介质中传播的能量逐渐衰减的扰动，所产生的振动信号具有短时、突变快等特点，是一种典型的非平稳随即信号[1]。基于平稳信号理论的傅里叶变换在爆破振动信号分析中存在极大的局限性，目前已出现了很多信号分析方法。本文将简单介绍现代爆破振动信号分析中常用的傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换、小波包变换以及HHT 变换在爆破振动信号处理中的应用，并从时频局部化和分辨率等方面较为详细地阐述各种方法的优缺点。 2 傅里叶变换（FT） FT具有良好的频域分辨率，基函数易于分解，且计算方便，同时由于库利和图基开创了快速算法，使其在爆破振动信号分析中的得到了广泛地应用。宋熙太[2]通过FT对大型洞室爆破实验进行分析，指出爆破远区爆破振动波的各种成分可在时空上彼此分离；并认为远区波谱地震波的传播是一线性过程。E D Siskind论述了频谱成分和响应谱在采矿爆破振动中的应用。张奇等通过FT指出爆破地震波频谱特性与测点距离、传播路径、装药量等有一定的相关性。 但FT有以下不足：FT中的傅里叶系数都是常数，不随时间变化，因而只能处理频谱成分不变的平稳信号，不能适用于非平稳信号；它是全时间域上的加权平均，反映的是整个信号全部时间下的整体频域特征，不能提供任何局部时间段上的频率信息，即存在时频域的局部化的局限性。 基于以上不足，可以对FT进行改进：（1）将变换系数视为随时间变化的，级数求和由一重变为两重；（2）使用能反映局部信号的变换。这就是以后的短时
隧道爆破对地表建筑物的危害及防治
隧道爆破对地表建筑物的危害及防治 1.1 爆破地震波产生阶段影响因素分析 1.1.1 炸药的影响炸药的影响包括炸药种类的影响和炸药量的影响。目前业界的大部分专家学者认为炸药种类不同对爆破地震波影响也不同。实验表明：作为炸药重要性能参数之一的爆轰压力对爆破震动大小和频率有影响，炸药的爆轰压力上升时间越短，爆破震动越大，爆破震动波的频率也越高。从炸药的波阻抗方面讲，如果炸药的波阻抗与岩石、土的波阻抗相近的情况下，爆破损失的能量少，炸药的能量传递的效果良好，爆破的震动效果就降低；反之爆破损失能量大，而损失的能量会增强爆破的震动。 1.1.2 段数的影响段数的影响主要体现在降震效果和延长爆破地震波作用时间。研究表明分段装药比不分段装药的降震效果好30%-50%。随 着炸药的段数增加，地震波的主震相会相应的降低，但是地震波的作用时间会增长，所以段数也不是越多越好。合理的装药段数，既能减少爆破作用时间又能降低爆破地震波的主震相，因此可以有效的降低震动效应。 1.1.3 装药结构形式的影响 这里主要分析耦合装药和不耦合装药的装药结构形式。试验表明：在一定岩石和炸药条件下，采用不耦合装药（或空气柱间隔装
药），可以增加用于破碎或抛掷岩石的爆破能量，提高炸药能量的有效利用率，降低药量使用。与亲合装药相比它降低质点振动速度峰值，降低了爆破震动的效果。 1.1.4 起爆方案的影响岩土爆破作业中有很多爆破方式（定向爆破、预裂、光面爆破、微差爆破、控制爆破等），不同的爆破方式对爆破地震波的产生有不同影响。通过研究发现当起爆方向线与保护目标垂直时，振动速度峰值最大，药包组成直线布置会加强垂直方向的地震波。对于毫秒级的微差爆破来说，延迟不同的时间间隔引起的爆破振动强度也不同。 1.2 爆破地震波传播过程中的影响因素分析 1.2.1 大地系统的地质条件 大地系统的地质条件主要考虑的是爆破周围的地形、地表覆盖层厚度、断层等。同时研究表明，场地地表覆盖土对地震波的作用时间也有影响。相关研究表明：地形地质条件对爆破地震波传播的方向性和质点振动速度峰值有影响。岩体介质中的断层和不连续体对爆破地震波的传播起阻碍和衰减作用，所以在爆破控制有时会采取挖沟的措施来起到减震的目的。 1.2.2 距离因素 在这里距离因素主要指水平距离和竖直高差。在水平距离方面，研究资料表明：随着距离的增加，爆破地震波由于介质的阻尼作
预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响
预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响 摘要：对于爆破振动信号的频谱分析，国内外的研究以单次爆破和多段微差爆 破为主，而预裂爆破与传统意义上的多段微差爆破存在一定的差异，预裂爆破一 般可分为预裂孔爆破和主爆破(或主爆破+缓冲爆破)，预裂孔爆破和主爆破之间基 本不存在振动干扰，因而各自形成多段微差爆破。预裂孔首先起爆导致岩体原有 裂隙扩展，沿预裂爆破孔间径向贯通，形成一定宽度的预裂缝，预裂缝将导致爆 破应力波产生反射、绕射，造成爆破应力波能量的衰减及其频率成分的改变。本 文分析了预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响。 关键词：预裂缝；爆破振动；频谱分布特征； 爆破振动是一类持续时间短暂、频域和时域局部化的不平稳信号，振动信号 具有时间、频率的双重特性，通常现场所测得的爆破振动为时域内的振动信号， 由于爆破振动的频率成分复杂，在时域内很难观察到振动的频率特性。长期以来 爆破技术作为岩土工程开挖过程中的重要施工手段，爆破给人们带来了便捷，同 时也带来了危害。合理的爆破技术将让人们在岩体施工过程中受益匪浅。 一、研究背景 爆破振动是岩体爆破开挖过程中的主要负面效应。爆破振动波为非平稳随机 信号，含有丰富的频率成分，且其频谱特性受爆源、岩体介质等多因素的综合影响。而不同频率成分的振动波对建（构）筑物及仪器设备的振动影响是不相同的。当爆破振动的优势频率接近建（构）筑物的自振频率时，会产生一定的共振作用，易引起建（构）筑物的破坏。因此，为了更好地控制爆破振动，有必要对爆破振 动的频谱响应特性与演化规律进行研究。国内外许多学者通过分析实测振动数据 对爆破振动频谱响应的特性进行了研究。这些研究成果表明：随着爆心距的增加，高频成分衰减较快，低频成分衰减较慢；而段药量、孔径、孔深越大，岩体介质 越软弱，爆破主频越低；地下爆破诱发振动主频比露天爆破高。目前对于球状药包、柱状药包等爆源所激发的弹性波场的时域解析解均已由前人推导得到，而相 应的频域解却鲜有研究。研究同一监测点处能量谱在各频带中的分布规律，探讨 预裂缝对爆破振动频谱特征的影响，本研究对于揭示预裂缝(预裂爆破)对爆破振 动传播及其频谱特征变化的影响具参考价值。 二、预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响 1.爆破振动功率谱与主振频带分布。小波系数在时域内的信号差异在频域内 更加突出，而各频带的功率密度函数能准确描述各频带对爆破振动所做的贡献， 因此采用各频段的小波包系数的功率密度函数能更好地对爆破振动的主振频带分 布规律进行研究。功率密度函数定义为某一频带的小波包分解系数重构后做变换 幅值的均方。测点戈径向预裂爆破与主爆破的功率谱图，预裂爆破的功率谱明显 大于主爆破的功率谱，无论是预裂爆破还是主爆破，功率谱主要分布在前频带(0～31．25 Hz)，即使在前频带分布也很不均匀，在频带出现局部极大值，预裂爆破的功率谱在频带上分布广泛，而主爆破的功率谱向低频的频段集中，随后迅速 下降。目前国内外在制定爆破振动安全控制标准时均采用爆破振动主振频率范围 内的峰值振速，通过以上分析可知，爆破振动的主振频率并不唯一，存在多个主 振频带，并且主爆破的主振频带集中于低频段，这在制定爆破振动安全标准时需 要引起特别的注意。爆破振动存在多个主振频带，并且同一次爆破试验中，预裂 孔爆破的主振频带分布更加广泛，而主爆破的主振频带向低频集中。 2.频带能量分布。由于各测点预裂爆破或主爆破在各个方向的能量和不一样，
隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律研究
隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律 研究 摘要:随着我国经济的飞速发展，对于道路交通的需求也越来越大，交通基础设 施建设也得到了极大的发展。然而，在我国北部以及西南山区等地，修建道路最 大的难度是开挖山岭隧道。我国山岭隧道的开挖会导致一般采用钻爆法，钻爆法 虽然成本较低，但是钻爆过程中会产生一系列问题，尤其要注意爆破振动对于地 表建筑的影响，监测不当甚至会造成安全事故。因此，研究隧道开挖形成的空洞 效应对于爆破振动波传播特征的影响规律，具有非常重要的意义。 关键词：隧道开挖；空洞效应；爆破振动波 1 爆破振动波传播特征以及强度监测分析 1.1 爆破振动传播规律 我国目前主要的隧道开挖方式是钻爆法，钻爆法就是通过钻孔，往钻孔中装入炸药，然 后通过炸药爆破开挖岩体的方法。岩体中的炸药爆炸时，会在岩体介质中激发质点沿平衡位 置的往复振动，这种现象称为爆破振动。爆破的冲击压力以波动的形式向四周扩散，称为应 力波，最常见的应力波就是地震波。由于岩体的爆破受自身性质以及周围环境等的影响，存 在诸多的不确定性和复杂性，因此，爆破振动波的传播规律复杂，研究难度大。 根据距离爆破源距离的远近，可以将爆破应力波分为冲击波、应力波和地震波。冲击波 和应力波分别存在于近源区和中源区。应力波传播到远源区遇到界面以后，经过反射和折射 叠加，形成爆破地震波。地震波是由近源的应力波转化而来并且在岩土介质中传播时，能量 逐渐衰减的扰动。爆破振动波由于其爆破源情况复杂，传播介质环境多变，受炸药性能、岩 体性质、钻孔规格、装药结构以及岩体传播介质的岩石物理性质和地形地貌环境等影响，爆 破振动波在传播过程中随机性较强，研究其传播规律，需要对振动波组成、传播方式、以及 传播过程进行分析探究。爆破地震波是一种宽频带波，含有多种频率的成分。由于岩体介质 具有滤波作用，在地震波传播的过程中，高频易被吸收，低频不易被吸收，传播距离远。地 震波中，不同波频对于环境、岩体结构、设备和人员的影响也不同，当地震波频率和设备的 固有频率一致，会产生共振，对岩体和设备造成损害。因此，要监测爆破振动波的频率变化。 地震波按照波面形状，可以分为球面波、柱面波、平面波三种类型，地震波在岩体中传 播时，主要是以球面波和柱面波的方式传播，并且，随着传播距离的不断增大，波面的形状 也随着不断扩展，由于波能是均匀分布在波面上的，随着波面的增大，波能逐渐降低，发生 衰减现象。同时，地震波在岩体等介质中传播时，要克服质点之间的摩擦和粘滞作用，使得 波在传播过程中发生能量的衰减。 1.2 振动强度监测及预测 爆破施工过程中，爆破振动、冲击波、噪声等都会对环境、设备以及人员造成不好的影响，而爆破振动对岩体结构、设备的危害最大，甚至会造成建筑物的开裂、岩体垮塌滑坡及 开挖隧道的坍塌等。因此，对爆破振动波进行监测和预测，具有十分重要的意义。 爆破振动造成危害的主要影响因素是振动的强度、频率以及振动的持续时间，其中，强 度是最为主要的因素。工程上对爆破振动进行现场监测应用最为广泛的是TC-4850爆破振测仪，其工作原理主要有以下几个方面，首先是采集振动信号，如图1所示，当信号传递至三 矢量传感器后，传感器的感应原件受外界的振动扰动会产生感应电流，电流会存储到电容器中，产生感应电动势。其次，要进行振动信号的转换，经过三矢量传感器后，振动信号转化 为电信号，而电容器中又以电动势的形势储存下来，因此，信号振动的强弱就可以用感应电 动势的大小来表示。最后，对数据进行处理分析，爆破测振仪可以通过数据分析处理软件对 采集的振动信号进行分析处理，然后以波形等能够反映振动强弱的物理参数形式将数据输出。 图1 爆破测振仪监测原理 2 空洞效应对爆破振动的影响研究
减震沟对爆破地震波能量特性影响试验研究
减震沟对爆破地震波能量特性影响试验研究 丁凯;方向;范磊;李栋;张洋溢 【摘要】A blasting vibration test was monitored by laying S measurement points at both sides nearby a damping ditch. The collected signals were inspected with the method of wavelet packet energy spectrum analysis. The energy variation of blasting seismic wave and the energy distribution at each measurement point were obtained. The results of test and analysis show that the energy of blasting seismic wave is effectively attenuated by the damping ditch, whereas energy magnification appears at a certain distance behind the damping ditch. The damping ditch decreases the frequency bands of the signal whose original energy is distributed in high or intermediate frequency bands, and increases the frequency bands of the signal whose original energy is distributed in low frequency bands.%在减震沟两侧相邻区域内布设五个测点,对爆破震动试验展开监测.采用小波包能量谱分析法对采集的爆破振动信号进行分析,得到地震波经过减震沟的能量变化情况及各个测点的能量分布.试验与分析结果表明,减震沟对爆破地震波能量具有有效的衰减作用,但在沟后一定距离上存在能量放大现象;减震沟对初始能量主要分布在中高频的信号具有降频作用,对初始能量主要分布在低频的信号具有升频作用. 【期刊名称】《振动与冲击》 【年(卷),期】2012(031)013 【总页数】6页(P113-118)
隧道分区爆破振动传播规律试验研究
隧道分区爆破振动传播规律试验研究 孟海利 【摘要】T he tunnel face blasting was implemented by dividing the tunnel face into cutting area,auxiliary area and surrounding area separately during the tunnel excavation of Chongqing terminal connecting line and the different regional vibration caused by blasting excavation are monitored and analyzed. T he results indicated that the maximum vibration caused by tunnel blasting appears in cutting area,the vibration attenuation parameters are different with the different blasting zone of tunnel face,vibration attenuation coefficient K decreases gradually w ith excavation zone increasing,the vibration attenuation exponent α basically unchanged,which is determined by geological conditions, K value of auxiliary area is 0. 50 ~0. 67 times the value of cutting area,K value of surrounding area is 0. 25 ~0. 33 times the value of cutting area,K value should be 110 ~120,60 ~80,30 ~40 for cutting area,auxiliary area and surrounding area respectively during partial excavation of C hongqing tunnel,and α should be 1. 5 for cutting area and 1. 6 for both auxiliary area and surrounding area.%在重庆枢纽联络线隧道掘进过程中，将隧道掌子面划分为掏槽区、辅助区和周边区分别进行爆破，并对不同区域爆破开挖引起的振动进行了监测与分析。结果表明：隧道爆破的最大振动出现在掏槽部位，采用分部开挖方式和在掏槽区设置大直径空孔可有效降低爆破振动；隧道掌子面爆破区域不同，振动衰减参数也不同，振动衰减系数 K 随着开挖区域的增大而逐渐减小，振动衰减指数α由地质条件决定，基本保持不变，辅助区K为掏槽区的0.50～0.67倍，周
爆破空洞效应
爆破空洞效应 1 空洞效应简介 空洞效应是指在地下挖掘的过程中，段落或者空洞内的地质环境发生破坏或变形，导致局部的不稳定状态，甚至引发地下巨大爆炸。这种现象很常见，而且在挖掘深度超过百米的隧道或者矿山通道等建设领域尤为常见。 空洞效应的危险性不言而喻，往往会给工程施工带来巨大困扰，若不能及时发现和采取相应的措施，不仅会造成财产损失，还有可能造成人员伤亡。 2 空洞效应的原因 空洞效应可以归结为地下局部压力场刚性变形，导致的地下稳定性不确定性。 在地下挖掘的过程中，常常会遇到岩体变形，挖掘面坍塌，爆破声音过大等问题。这些问题都会对挖掘环境产生冲击波，进而引发形成空洞。形成空洞后，如果空洞内部的地质环境不能稳定，便会引起空洞的扩大和局部地质环境的破坏，最终导致爆炸。 3 空洞效应的影响因素 空洞效应的影响因素很多，其中地下构造、地下水位、地震频率以及岩石力学参数等是相对比较显著的因素。
地下构造包括岩体的构造、岩体中裂隙和变形等，这些地质环境的变化都会对挖掘环境产生一定的影响。 地下水位也是影响空洞效应的重要因素之一。当地下水位处于高位置时，会产生一定的地下水压力，对挖掘环境的稳定性会产生不利影响，增加空洞形成的风险。 地震频率也是影响空洞效应的因素之一。当地震频率较高时，地下环境的振动容易形成短暂性的空洞，引发空洞效应。 最后，岩石力学参数是对空洞效应影响最大的因素之一。岩石力学参数的不确定性会导致挖掘环境的不稳定，进而引发空洞效应。 4 空洞效应的防治措施 为了避免空洞效应的发生，人们需要采取科学有效的预防措施，在工程设计、施工中加强监测，提高照明效果等。 首先，要尽可能了解挖掘地质环境的情况，以充分掌握施工现场所面临的地质情况。同时，在施工中要开展钻孔、掏槽等措施，提高照明和供氧能力，确保施工环境的稳定性和安全性。 其次，还需要开展安全监测，如对挖掘面进行动态监测、判断地下水位和监测地震等，及时掌握施工环境的动态变化情况。这样可以从根本上避免空洞效应的发生。 最后，需要加强挖掘的技术措施，如引入补充支撑、钢筋结构等加固工程，保证挖掘面的稳定性，降低空洞效应的风险。
隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技术
隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技 术 摘要：21世纪以来，在世界经济飞速发展的背景之下，各国的基础设施建设变得越来越健全，隧道工程的数量也越来越多，更多的专家和学者开始重点关注隧道工程施工技术方面的研究。本文将把重点关注在分析隧道施工过程中的技术要点之上，在此基础上，对施工过程中对爆破振动技术的监测和控制进行归纳和总结，期望可以对我国今后的隧道开挖施工技术提供理论上的参考。 关键词：隧道施工；爆破振动；监测技术；控制技术 引言：现如今，人们对交通运输的需求随着我国交通网络建设的相对完善开始缓步上升，隧道工程的建设也进入一个新的高潮。与隧道开挖施工有关的技术相对专业和复杂，需要得到专业技术人员的帮助再进行操作。从安全方面来说，隧道开挖施工在环境安全方面造成的影响主要有：爆破振动影响、开挖导致的围岩应力重分布影响。若是爆破方案不合理、对爆破振动失去控制，非常容易造成隧道塌方、损毁附近建筑物、地面下沉等情况的发生。因此，监测和控制隧道开挖施工过程中的爆破振动技术才能使施工顺利开展。 1. 隧道开挖施工的技术要点 （一）山体前后的施工 修建隧道最重要的部分就是对进洞口和出洞口的把握，只有保证这两部分的畅通无误才能保证隧道施工能够顺利完成。所以，在对隧道的进洞口和出洞口进行爆破施工之前务必要提前确定好爆破的方案和爆破的路线，不能随意开展爆破施工，要先测算和设计隧道进出洞口的距离和长度才能保证施工方案的实行。在进行隧道开挖施工作业时，首先要估测前后洞口的长和宽，然后在图纸上画出模型，计算出需要爆破的面积和深度，进而根据设计方案选取适当的炸药，进行精
准的爆破。当爆破过程中出现意外事件时，要注意转换爆破方式，否则很有可能 因为莽撞的爆破导致整个山体发生倾倒或崩塌，这样一来不仅隧道工程毁于一旦，施工人员的生命也会受到一定程度的威胁。 （二）隧道中间的施工 （1）对前后洞口进行爆破之后，洞身的开挖变成一项重大的工程。就像是 桥梁的修建一样，隧道的开挖施工也是越往里就越难进行，中间部分的施工才是 最关键的。在对隧道内部进行爆破作业时，要先确定爆破路线，再评估对山体的 稳定性，接着根据山体的稳定性制定爆破方案，最后进行隧道开挖作业。在进行 隧道中间部分的爆破作业时，要使用“洞身钻爆法”，虽然钻爆法的爆破力度相 对较小，但却能够精准的把握住洞身的具体爆破，山体中的岩石层面相对比较坚固，所以在进行钻爆施工作业时就不会因为力度负担过重影响到山体的稳定性。 （2）一般来说，在隧道开挖的过程中肯定会遇到隧道内部的涌水。这个时 候就需要施工人员用排水管把水排出去。在这种情况下，山体由于长时间被涌水 浸泡引起基岩软化，在进行爆破时要非常小心，否则就会引起崩塌事件的发生。 为了减少危险情况的发生，可以使用预裂爆破、微差控制爆破等技术减少对围岩 的干扰。设置隧道排水设施是十分重要的，排水沟的开挖是在隧道爆破开挖的同 时通过爆破开挖而形成的。 （三）隧道拱面的施工 当隧道的进洞口、出洞口以及中间部分全部都畅通之后，就要开始进行美化 作业。对隧道的拱面进行施工处理是美化作业的关键环节之一，这就需要专业技 术人员提前测量和设计拱面施工的每一个步骤。隧道内部的拱面形状首先需要是 圆弧状的，在受到山体压力的作用下，隧道整体有可能因为重量过大而承受不了 引起山体崩塌。这时候，弧形的拱面就能够帮助隧道分散来自山体的压力，这样 一来，隧道所受到的压力就较为均匀，在一定程度上能够有效避免因山体崩塌的 情况了。当然，这就要求在对隧道拱面进行爆破施工时保持高水准的、精确的爆 破技术，使隧道内拱面的高度前后一致，这样才能保证下一步的混凝土浇筑环节 的高效和节约时间。
爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律
爆破地震波作用下圆形洞室围岩振动速度分布规律 缪文红;王超;路世伟;吴红博;张震 【期刊名称】《爆破》 【年(卷),期】2016(033)004 【摘要】为了探究岩石开挖爆破地震波作用下邻近圆形洞室的动力响应规律,采用FLAC3D数值模拟软件研究爆破地震波作用下不同埋深圆形隧道洞壁和地表振动速度的缩放规律,以及对不同频率平面简谐P波入射时,隧道洞壁及地表振动速度的分布规律进行研究,并通过理论计算结果的对比分析,检验了数值模拟的可靠性.研究结果表明:隧道埋深会引起隧道洞壁及地表振动速度产生缩放效应:隧道埋深较浅时,隧道洞壁上半部分缩放效应大于下半部分,振动速度放大系数随埋深增加而减小;埋深较深时时,隧道洞壁各位置质点振动速度放大效应随埋深的增加呈现递增规律;地表振动速度放大系数峰值随隧道埋深的增加向背爆侧偏移;迎爆侧洞壁振动速度随入射波频率增加呈增大趋势;地表振动速度放大系数峰值随入射波频率增加向爆源方向偏移. 【总页数】5页(P51-54,101) 【作者】缪文红;王超;路世伟;吴红博;张震 【作者单位】中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074;中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074;中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074;中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉430074;中国地质大学工程学
院,武汉430074;中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心,武汉430074;中国地质大学工程学院,武汉430074 【正文语种】中文 【中图分类】TD235.3 【相关文献】 1.爆破开挖作用下HD工程地下洞室围岩动力响应特性研究 [J], 赵晓;高志华;李鹏;张雨霆 2.在平面波的作用下地下洞室的振动加速度分布规律研究 [J], 王辉;任连伟;王光勇;吕小师 3.爆破地震波作用下深埋圆形隧道围岩质点振动规律研究 [J], 吕振利;孙金山;左昌群 4.爆破振动作用下大型地下洞室群围岩动力响应及合理间距分析 [J], 陈祥;刘明学;祁小博 5.爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响 [J], 蔡军;苏莹;邱秀丽 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
隧道爆破振动控制方法研究
隧道爆破振动控制方法研究 摘要：隧道结构在爆炸振动作用下的结构能量响应非常复杂,不仅受爆炸地 震波本身的特性影响,而且受结构本身固有特性的影响。因此,单因素振动速度被 广泛用作安全标准。但是,随着爆炸工程中大量振动灾难的出现,研究人员开始意 识到使用统一振动速度作为振动安全标准的标准有很大的局限性。在爆炸振动作 用下,结构的破坏主要有两种类型:一是结构内部爆炸地震波的能量大于结构本身 能承受的能量,导致结构的破坏,即首次超过破坏;另一种选择是,在多次爆炸和长 时间爆炸的情况下,结构的损伤将不断累积,当损伤累积到一定程度时,结构的损 伤即累积损伤。在爆炸机械领域,结构的破坏是爆炸本身振动特性和结构本身动 态响应的综合结果。因此,找到两种破坏形式的测量标准,并将两者同时应用于爆 炸振动的安全标准将更加科学和全面。 关键词：隧道爆破；振动控制；方法研究 引言 随着国民经济和城市基础设施建设的快速发展，隧道在加快构建城市快速交 通体系中发挥着越来越重要的作用。隧道钻爆法施工作业产生的爆破振动效应， 对隧道破碎围岩、初支、二次衬砌的安全构成了严重威胁。因此，开展隧道爆破 振动波的传播规律研究，对于确保洞内围岩稳定和支护结构安全具有重要的意义。目前，针对地面的隧道爆破振动特性研究较多，大多采用萨道夫斯基公式对爆破 现场监测数据进行拟合，然后根据拟合公式对爆破振动进行预测和安全控制；还 有部分研究集中在隧道后方地表的“空洞效应”上，即隧道已开挖洞室的上方地 表振动存在放大效应；或者考虑了地形地貌的变化引起的振动的变化，分析验证 凹形地貌对爆破振动波具有衰减效应，凸形地貌对爆破振动波具有放大效应。但 是针对隧道爆破掌子面后方的传播规律还较少，得出了爆破近区后方的爆破振动 预测公式，补充了萨道夫斯基公式对近区预测的不足。联络通道是左右线隧道的 联系隧道，主洞爆破时极易对掌子面后方联络通道围岩和衬砌造成扰动甚至引起 掉块、塌方，联络通道围岩及衬砌的稳定对于确保主洞人员及车辆运输安全具有
爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析
爆破施工对隧道围岩的稳定性影响分析 摘要：隧道钻爆施工技术在城市山区隧道中应用，可以有效加速施工进度， 控制施工成本。但受周边环境影响，爆破施工对隧道围岩的影响日益突出，特别 是爆破振动和爆破应力波的影响已成为制约爆破开挖的主要因素。 关键词：爆破；隧道；围岩；稳定性；爆炸 1.隧道开挖爆破产生的破坏和扰动 1.爆破的内部作用 （1）扩大空腔。即爆炸使炮孔周围产生破坏，破变大。（2）压碎区。又称 压缩区，即直接与药包接触的岩石，在爆炸发生后，爆炸产生的爆轰压力激发了 在岩石中传播的冲击波，冲击波的强度远远大于岩石的动抗压强度。使岩石破碎 或形成压缩空洞。（3）破裂区。即冲击波在通过压碎区后，强度变小，以致于 低于岩石的动抗压强度，无法直接造成岩石的破碎。这种低于岩石动抗压强度的 波称为压缩波。压缩波在压碎区外围的岩石中传播，引起切向拉应力，使得外围 的岩石产生径向裂缝。同时压缩波还会使外围岩石压缩，岩石的应力释放，出现 环向裂缝。径向环向的交互作用，使得岩石被割据成块。（4）振动区。在破裂 区外围的岩石，应力波强度无法使岩石产生破坏。但是，这些应力波会产生岩石 的弹性振动。 1.2爆破的外部作用 外部作用与内部作用相对立。当药包的中心与自由面的垂直距离低于临界值，则爆炸后，爆炸的破坏作用能到达自由面，造成自由面附近的岩石破坏。主要从 以下几点讨论外部作用。（1）爆炸产生的冲击波或者应力波在到达自由面后， 会发生发射，反射波与入射波相反。反射波则为拉力波，使得岩石被拉断。导致 岩石从自由面向内部破碎。（2）自由面反射回来的拉伸波，与裂缝端口处的应 力场相互叠加，导致裂缝的延伸。（3）岩石中的准静态应力场被改变。使得岩 石在自由面方向受到剪切破坏更加容易。
隧道爆破振动对古建筑影响的试验研究
隧道爆破振动对古建筑影响的试验研究 朱利明;吴志强;邢世玲;苗宁宁 【摘要】According to the engineering practice of Nanjing metro line 4 Gulou station interval tunnel which are excavated by blasting,the Sadowski prediction formula in three directions was obtained which adopts filed geolog -ical conditions by filed test,and provided a reference value for the blasting design.The results show that the peak velocity of the vibration in the vertical direction of the surface is larger than that in the two horizontal directions in short distance and decreases quickly in 30 m,which is smallest in long distance.The largest peak velocity of the vibration is in vertical direction in Chengque and in horizontal direction in Beilou.The peak velocity of the vibra-tion increases with the increase of explosive charge,which can be reduced by taking millisecond blasting technolo-gy.%结合南京地铁四号线鼓楼站区间隧道爆破开挖工程,通过现场试验的方法,得到了适用于现场地质条件下的三个方向上的萨道夫斯基预测公式,为爆破开挖设计提供参考.结果表明:地表质点垂直方向振动速度峰值距离爆源近时,比两个水平方向振动速度峰值大,远处时则最小;且在30m内迅速衰减.鼓楼城阙垂直方向的振动速度峰值最大,碑楼水平方向的振动速度峰值最大,振动速度峰值随着药量增加总体上呈现增加,采取微差爆破可有效减小振动速度峰值. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2017(017)030 【总页数】5页(P291-295)
隧道工程爆破振动及冲击波对房屋的影响
隧道工程爆破振动及冲击波对房屋的影 响 摘要：隧道工程实施爆破作业期间，附近的房屋建筑可能在爆破作业产生的振动及冲击波影响下造成损伤。虽然大多数房屋由于年久失修可能自身早已出现裂缝等损伤，而爆破作业带来的影响只是其中的次要部分，但是爆破作业如果长时间持续，其循环累积效应所致的损伤程度不可小觑，有必要进行全程监测，评估影响力的大小。本文以某实际工程案例分析房屋受损的特点以及成因就爆破作业带来的影响进行调查，在此基础上提出降低爆破作业对房屋影响程度的可行性建议，供施工企业参考借鉴。 关键词：隧道工程爆破振动；冲击波；房屋影响 引言：邻近隧道工程施工区域的房屋建筑，常因爆破作业受到损伤。原因在于这些房屋大多为民房，属于砖混结构，自身存在结构缺陷，大多质量不高，且很多民房上部结构自重过大、建筑材料选用不合理、地基处理不到位，在爆破之前已经出现裂缝等损伤。虽然爆破作业的损伤可能并不严重，但是一旦出现房屋倒塌及人员伤亡等安全事故将得不偿失。施工企业有必要通过原因排查和试验获得相关数据，厘清利害关系，避免造成社会影响。 一、工程概况 浙江地区某公路实施隧道工程爆破施工任务，此次爆破的炮孔孔径大小是115mm，炮孔的深度是5m-6m，单孔的药量填充是12kg-16kg，填塞长度是3.5m 左右，最大单段填装量是66kg。该项目附近某村的民房数量为92栋，房屋结构均为砖混结构，多数是2.5层的楼房，建造年限为2015年之前。在开展爆破作业时，对爆破冲击波问题和爆破飞石等情况均做出了妥善的防护，让房屋影响降到最低，但是因为爆破地区举例村庄过于接近，最近房屋仅有80m，爆破的震动影响并不能做到完全消除。
隧道与路基爆破振动研析
隧道与路基爆破振动研析 一、爆破振动的检测 （一）爆破振动检测点布置原则 在进行爆破振动检测点的布置时必须要选择合理的地点，在选择时要遵守以下两个原则： 一是在进行隧道的爆破时施工方一般都会选择距离附近较远不会给居民产生影响的地方进行爆破，所以测量点需要尽量和爆源处在同一高度层面上，以避免地形的高低差对爆破振动结果产生影响。 二是在进行布置路基爆破振动的检测点时，尽量布置在房屋和爆破振源之间的压实路面上，以更好的测得爆破振动的结果。 个别部分的爆破振动检测点可以布置在经过机械多次碾压夯实了的路面处或者是隧道的洞口，因为地表的振动基本上来说就能很好的反映出爆破振动的真实情况，所以就算将振动传感器布置在地表也能测出爆破的振动速率。 （二）爆破振动检测仪器 在进行爆破振动检测时，合理的选用爆破振动检测仪器，能提高检测的准确性，随着科学的不断发展，各种高新技术的爆破振动检测仪器出现在人们的眼前，比如NUBOX-9012/9015爆破冲击波与噪音智能检测仪、超声波检测仪以及L20爆破振动检测仪等，都具有良好的性能，并且功能齐全，便于操作，给爆破振动检测工作带来了极大的便利，提高了检测结果的可靠性。 （三）隧道的爆破振动检测 本文结合宜万铁路为例子，探究对隧道爆破振动的检测。宜万铁路的关道冲隧道先后进行了两次爆破振动检测，一次是在补炮时进行而另一次是在上导坑的时候进行。在补炮的时候最大单响的炸药量为5.4千克，分为两段；在进行导坑是最大单响的炸药量为31.66千克。分为7段。所获得的爆破数据见下表：根据上表得到的爆破振动检测数据进行分析后可以得到爆破衰减速度的计算公式：相关性系数r=0.89 其中V表示为爆破振动的最大速度值；单位为cm/s
地铁隧道爆破参数优化及其振动效应研究
地铁隧道爆破参数优化及其振动效应研究 周仕仁;周建敏;王洪华;丁晓峰;叶剑波;赵明生 【摘要】Subway Line No.2 from Fuyuanbeilu Station to Senlinggongyuan Station on Guiyang was excavated by blasting.Due to many buildings arrounding the subway,controlling the peak particle velocity of blast-induce becomes very crucial.The tunnel excavation is carried out by the method of step blasting construction method.The upper step is 3～5 m ahead of the lower step.The diameter of the bore-hole 40 mm,the hole depth 1.5～1.7 m,and the tunnel blasting length less than 1.2 m,and time delay 1 to 15 milliseconds after the detonation ignition were applied.The measuring points for blasting vibration test were reasonably arranged,the attenuation law of blasting vibration velocity was obtained by after considering height difference. The results of blasting vibration showed that horizontal radial peak particle velocity of blasting vibration was maxium,the vertical direction frequency of blasting vibration was grea-ter than the horizontal direction,and the frequency range from 20 Hz to 60 Hz,far less than the natural frequency of the structure.The blasting vibration has a magnifying effect,but the particle peak vibration of the houses is smaller than the safety threshold (1.5 cm／s),which won′t cause vibration damage to the houses above the tunnel. The choice of the multi-stage small wedge cutting holes instead of big wedge cutting holes can noticeably reduce the blas-ting vibration.%贵阳轨道交通二号线富源北路站至森林公园段部分区间采用爆破法开挖,由于地铁隧道周边民房较多,对于控制质点峰
不同倾角层理岩体爆破应力波传播规律
不同倾角层理岩体爆破应力波传播规律 张斌;吴超俊;张学富;周元辅;刘士洋 【摘要】以层理岩体地层隧道开挖爆破为研究背景,通过理论解析和数值模拟分析层理倾角变化对爆破应力波的传播影响.研究发现:层理对应力波具有一定的吸收和反射作用,加速了爆破应力波在层理岩体中衰减;层理倾角越大应力波的透射率越小,应力波透过层理的衰减度越大;当应力波由硬介质入射到软介质中时透射率小于1,反之透射率则大于1.当层理倾角大于30°时,应力波的反射率随层理倾角的增大而变大;小于30°时,应力波反射率随层理倾角的增大而减小.此外,运用公式求解得到质点振动速度衰减度随层理倾角变化关系. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2018(018)023 【总页数】7页(P205-211) 【关键词】层理岩体;爆破应力波;数值模拟;透射率;衰减 【作者】张斌;吴超俊;张学富;周元辅;刘士洋 【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;中铁上海设计院集团有限公司,上海200070;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074;重庆交通大学土木工程学院,重庆400074 【正文语种】中文 【中图分类】TD235
钻爆法作为隧道施工最常用的方法，利用高能炸药爆炸产生的能量使岩体破碎形成隧道断面。由于地质作用，围岩形成了不连续的层理结构面，爆破应力波在结构面处会产生反射和透射，且不同倾角层理产生的反射应力波和透射应力波的叠加和衰减各不相同，影响隧道开挖爆破效果。岩体中这种结构面的物理力学性质的复杂性，对爆破应力波传播的影响成为隧道控制爆破的难题[1—3]。 早期的研究者Kleinberg等[4]发现应力波穿越单结构面时振幅下降并伴有波形转换。在理论上，Hudson[5]提出method of smoothing的滤波计算方法，分析 了有效弹模，裂隙大小与分布集中程度都较小的介质波速及衰减问题。研究表明波散射导致的衰减与裂隙密度、裂隙半径、波长比值和波频有关。俞缙等[6,7]在改 进的节理非线性法向变形本构关系基础上，对弹性纵波在单节理处的传播特性和衰减规律作了进一步研究。李洪涛等[8]在基于振动学相关的理论上，研究了爆破产 生的能量波的衰减规律。陶连金等[9]指出节理与药包最小抵抗线和其延长线相交 时对能量的衰减作用更加明显。柴少波等[10]通过对柱面P波与岩体节理中的相互作用研究推导了应力波穿越单层节理的传播方程。这些理论和研究成果推动了爆破应力波传播的研究。 鉴于层理岩层与完整岩体相比爆破应力波传播的复杂性，以重庆某车站层理岩体地层开挖爆破为研究背景，对层理岩体爆破应力波传播规律研究，有助于层理岩体隧道控制爆破技术的发展。 1 应力波传播理论 在应力波传播理论中，将纵波反射率和透射率进行计算分析。定义应力波反射率和透射率计算公式为 (1)
新建隧道下穿既有道路爆破施工影响范围
新建隧道下穿既有道路爆破施工影响范围 王睿;袁岽洋;党发宁;卢泽霖;杨战博;杨欢;邓祥辉 【摘要】以宝汉高速爆破施工为例,通过现场监测关键质点爆破振动速度,研究爆破振动对临近既有道路的影响范围.研究结果表明,爆破振动波的主频率在10~50 Hz 内,不会使周围临近既有道路与其产生共振.从现场测试结果可知,由于垂直振速大于径向振速和切向振速,且垂直振动对建筑物破坏尤为显著,故在类似工况下爆破振动监测应该以监测垂直振速为主.爆破振动波对既有道路的影响范围为30 m,与理论值相符.当浅埋大断面软弱围岩隧道下穿既有道路施工爆破的安全允许质点振动速度小于2.0 cm/s时,可确保既有道路结构和交通安全.研究可为此类隧道工程的施工提供借鉴.%By taking the blasting construction of the Baohan highway project as an example, this paper focuses on the blasting vibration influence on the existing roads nearby by monitoring the blasting vibration velocity.The results show that existing roads nearby will not resonate with the blasting when the dominant frequency of blasting vibration is between 10-50 Hz during monitoring of tunnel blasting construction.Based on the in-situ monitoring results, the vertical vibration velocity should be principally monitored because it is higher than the radial and tangential vibration velocities and it is significantly destructive to the buildings.To ensure the safety of structures and transportation of existing roads, the blasting vibration velocities of key points are supposed to be less than 2.0 cm/s for existing roads of the shallow-buried tunnel underpass with large cross-section and soft surrounding rock.Furthermore, the monitoring data show that the influence scope of blasting vibration wave to existing roads