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

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隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

冲击波的膨胀为绝热过程，其线性多项式状态方程可１）：简化为式（ｐ＝（）Ｅ／ γ－１ ρ ρ ０（１）
图２试验与计算结果比较Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｃｏｍｐｕｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆａｉｒｓｈｏｃｋｗａｖｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｉｎｔｕｎｎｅｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆｓｈｏｃｋｗａｖｅｌｏａｄｏｎｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆａｔｕｎｎｅｌｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｈｅｒｅ．Ｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｏｆｔｈｅｓｈｏｃｋｗａｖｅｉｎａｔｕｎｎｅｌｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｅｎｄｗａｌｌｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｔｈｅｐｅａｋｒｅｆｌｅｃｔｅｄｉ．ｅ．ｐｅａｋｌｏａｄ）ａｎｄｔｈｅｉｍｐｕｌｓｅｏｎｔｈｅｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｓｈａｐｅｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ（ａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＴＮＴｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈｏｃｋｗａｖｅａｎｄｔｈｅｌｏａｄｗｅｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ．Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｈｏｃｋｗａｖｅｌｏａｄｏｎｔｈｅｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌｖｅｒｓｕｓｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｕｎｎｅｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｓｈｏｃｋｗａｖｅ；ｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｈｏｃｋｗａｖｅｌｏａｄ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｌａｗ内爆炸冲击波传播规律研究方面仍有许多问题缺乏深入研究，特别是对带端墙的隧道内爆炸的冲击波流场和荷载规律的研究较少，已报道的一些关于隧道内冲击波衰减规律的经验公式没有考虑冲击波在隧道断面上不同位置的差异，不适应描述爆近区的冲击波规律，

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重要意义。

隧道分区爆破振动传播规律试验研究

究领域的重要课题。随着我国城区铁路的大量修
炸药在岩石介质中爆炸，形成的爆炸荷载以冲击波的形式向外传播，其强度随传播距离的增加而减小，
波的性质和形状也产生相应的变化。在离爆源约３～
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Ｏｔ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，周边区Ｋ为掏槽区的０．２５～０．３３倍：重庆地区
力一般都大大超过岩石的动抗压强度，使岩石产生塑
性变形或粉碎。在该过程中冲击波消耗大部分能量，急剧衰减，变成不具陡峭波峰的应力波。应力波阵面上的状态参数变化得比较缓慢，波速接近或等于岩石中的声速。岩石的状态变化所需时问远小于恢复
铁
５０
道
建
筑
ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
文章编号：１００３－１９９５（２０１５）０４ — ００５０．０５
隧道分区爆破振动传播规律试验研究
孟海利
（中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１）
开挖为背景，采用现场测试和统计分析方法，研究隧道掌子面不同区域产生的爆破振动衰减规律，并给出了爆破振动的有效控制措施。

隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究

隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究【摘要】本研究着眼于隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律的研究，通过分析影响振动的因素、建筑物结构的响应以及振动传递路径及传播特性等方面，探讨了不同爆破参数对振动的影响，最终提出了振动衰减规律。

研究认为振动衰减规律的深入研究对于减小爆破对周围建筑物的影响具有重要意义。

通过实验和理论分析，得出了一些结论，并对未来的研究方向提出了展望。

这一研究对于保障建筑物结构的安全，提升隧道建设质量，具有一定的理论指导意义和实践价值。

【关键词】关键词：隧道下穿建筑物、爆破振动、影响因素、建筑物结构、振动响应、传播特性、爆破参数、振动衰减规律、研究结论、展望。

1. 引言1.1 研究背景"隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律研究"是一个涉及地下工程和建筑结构相互影响的重要课题。

随着城市地下空间的不断拓展和建设，隧道施工对周围建筑物的振动影响日益凸显，成为一个备受关注的问题。

在现代城市化进程中，隧道爆破振动对周围建筑物的影响不容忽视，对建筑物结构及居民生活造成的潜在危害需要深入研究。

隧道下穿建筑物爆破振动具有复杂性和不确定性，其影响因素包括爆破参数、隧道深度、地质条件、建筑物结构等多方面因素。

了解这些影响因素及其相互关系，对于准确评估爆破振动对周围建筑物的影响至关重要。

对于隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律进行系统研究，可以为隧道施工安全、建筑物保护提供理论依据。

本研究旨在探讨隧道下穿建筑物爆破振动的影响因素及振动衰减规律，为建立隧道施工中的振动控制策略提供科学依据。

通过对振动传递路径、传播特性、建筑物结构响应等进行分析，揭示隧道施工对周围建筑物振动影响的机理及规律，为城市地下工程施工提供技术支持和保障。

"1.2 研究目的研究目的是通过对隧道下穿建筑物爆破振动衰减规律的研究，深入了解振动传递路径、传播特性，以及不同爆破参数对振动的影响。

通过分析建筑物结构对振动的响应，探讨振动衰减规律，为减少爆破活动对周围建筑物造成的损害提供科学依据。

爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究

爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究采用钻爆法进行隧道掘进施工的过程中,爆破施工产生的振动被认为是影响最大的负面效应。

在浅埋隧道工程的爆破施工中,由于隧道的埋深较浅,导致地表的振动效应比较明显。

如果不了解爆破地震波在地表的传播规律,就有可能导致地表的建筑物因过大的振动强度而发生破坏,造成严重的工程事故。

空洞效应导致浅埋隧道爆破开挖时地表的振动发生区域性变化的特征,即隧道掌子面后方开挖成洞区拱顶上方地表的振动速度大于对称位置未开挖区的地表振动速度的现象。

本文主要以成贵高铁豆子湾隧道下穿桥桥湾水库为工程背景,通过对隧道上方地表进行振动测试试验和数值模拟计算相结合的方法,进行爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究。

对现场试验测得的地表振动速度波形图进行分析,得到掏槽孔起爆引起的地表振动速度最大,掏槽孔起爆引起的振动对地表振动强度起决定性作用。

提出空洞效应振速放大系数作为衡量空洞效应导致的地表振动放大效应的标准。

进行数值模拟研究,提出爆破荷载的施加方法和边界条件的处理措施,得到进行爆破荷载作用下浅埋隧道地表振动研究的数值模拟方法,对计算结果进行分析得到空洞效应在隧道掘进方向上的变化规律和隧道上方地表受空洞效应影响的区域范围。

提出分段楔形掏槽的掏槽孔起爆方法来削弱空洞效应导致的地表振动的放大效应,并在广州地铁二十一号线区间隧道上进行应用实践。

[doc] 隧洞开挖中爆破震动控制研究

隧洞开挖中爆破震动控制研究2008年第8期(第26卷289期)东北水利水电49[文章编号]1002—0624(2008)08—0049—04隧洞开挖中爆破震动控制研究邢新元(葛洲坝集团股份有限公司,湖北宜昌473000)[摘要]四川瀑布沟水电站隧洞掘进生产性试验爆破过程中,通过爆破震动观测,全面了解与分析了各种爆破方法和施工部位的爆破震动形成机理,传播规律及响应特性.探讨开挖爆破对隧洞本身及相邻隧洞的震动影响,据此提出能够有效实施的洞室控制爆破方法.[关键词]隧洞开挖;工程爆破;震动控制[中图分类号]TV672~.1[文献标识码]A对于大型地下洞室的施工,最常采用的手段仍是钻孔爆破法.岩石开挖爆破在达到破岩目的的同时,一般会伴生一系列负面作用,如爆破地震波,爆破飞石,空气冲击波及粉尘,噪音等.在地下洞室施工过程中,爆破开挖不可避免地对邻近既有洞室和开挖洞室本身存在震动影响.由于爆破震动的影响,可能会引起地下洞室岩石力学性质的劣化:如原有裂隙的张开与扩展,新裂隙的产生,岩体声波速度的降低,渗透系数的增大等,这些都对围岩的稳定构成威胁.因此,在地下洞室开挖过程中,必须时时注意将围岩因爆破带来的影响范围控制在设计的要求限度内,对爆破施工进行监控,采取必要的技术措施,降低爆破震动对地下洞室的影响.1爆破震动观测1.1观测物理量岩石开挖爆破产生的地震波在隧洞围岩中传播,对围岩及支护结构作用一震动力,不断的扰动将严重影响其稳定和原有物理力学性质.爆破地震波是一种瞬态波,其作用特点和影响程度同爆破震动强度及受震结构的抗震能力密切相关.反映爆破震动强度的物理量有质点位移(S,mn1),质点震动速度(v,cm/s)和质点震动加速度(口, m/s.).国内外大量的工程实践及监测成果表明,质点震动速度相对来说能较好地反映爆破震动特点, 其传播也较有规律,特别是大量的工程实践与总结所形成的一系列可供参考的建筑物爆破质点震动速度安全控制指标以及一整套成熟且便于操作和分析的现场观测方法,为利用质点震动速度进行爆破震动观测和控制提供了方便.故往往都选取质点震动速度作为爆破震动监测的物理量,通过现场的观测, 寻求震动传播规律,对建筑物或构筑物进行安全评定,根据观测结果反馈实际施工,对于及时调整爆破参数及工艺具有重要作用.1.2观测仪器及观测方法(1)观测仪器.爆破震动测试仪器系统由震动传感器,信号采集与记录设备,数据处理系统3部分组成.爆破震动测试仪器系统如图1所示.图1爆破震动测试仪器系统示意图(2)观测方法.试验过程中,通过爆破震动观测手段,全面了解与分析各种爆破方法和施工部位的爆破震动形成机理,传播规律及响应特性,探讨开挖爆破对隧洞本身及相邻隧洞的震动影响,据此研究确定合理的爆破震动控制指标,提出一套科学且能够有效实施的洞室控制爆破方法及相应的钻爆参数与工艺,使爆破开挖施工符合有关规范及技术要求. 在各场次的震动测试工作结束后,即进行试验50东北水利水电2008年第8期(第26卷289期) 数据的整理和分析工作,包括爆破震动传播规律的回归以及导流洞开挖爆破在本洞及相邻洞室的震动响应特点.爆破震动试验实施程序如图2所示.下——场次试验循环图2爆破震动试验实施程序图2爆破震动传播规律及影响研究2.1爆破震动传播规律以瀑布沟水电站导流洞工程为例.瀑布沟水电站导流洞工程由布置在河道左岸的2条导流洞组成,1号导流洞长约904ITI,2号导流洞长约990ITI, 两洞轴线距离为45ITI,按等高程,等断面设计,隧洞断面尺寸13.00m×16.50ITI,进出口高程分别为673.00,668.00m;邻洞左岸泄洪洞全长约2074m,断面尺寸12m×15m,进,出口高程分别为795.O0, 678.04ITI,隧洞纵坡5.8%.通过对瀑布沟水电站地下大断面洞室的上层中导洞掘进爆破震动试验实测数据进行整理,并区分本洞和相邻洞室,按照前面所述回归理论,进行分析计算,得到如下峰值质点震动速度衰减传播规律: (1)本洞内的爆破震动衰减规律竖直向质点震动速度:175.0,=1.86,相关系数r=0.93;水平向质点震动速度:K=229.9,=1.97,相关系数r=O.91.爆破震动衰减规律的经验.0～]直175.ll_I…㈩图3,4是爆破震动测试数据一元回归趋势线图.一1.6-1.4-1.2-1-0.8lgP图3本洞内竖直向震动趋势线一1.6—14—12—1—0.81gP图4本洞内水平向震动趋势线(2)相邻洞室爆破震动衰减规律竖直向质点震动速度:K=88.5,=1.55,相关系数r=0.87;水平向质点震动速度:K=81.9,=1.54,相关系数r=0.90.爆破震动衰减规律的经验公式为:垂直水平88.581.9遁Rj迈Rj(2)图5,6是爆破震动测试数据一元回归趋势线图. 一1.6—1.4—1.2lgP图5相邻洞室竖直向震动趋势线1864202468000o暑【2008年第8期(第26卷289期)东北水利水电51 0?40.2言0-0.2—0.4—0.6lgP:3~-,1.Ss,}㈥=ll1.9f『..ul图7,8是爆破震动测试数据一元回归趋势线图.-1.6-1.4～1.2—1—0.8lgP图7综合本洞和相邻洞室竖直向震动趋势线2.2爆破震动传播衰减规律分析从以上回归结果可以看出,爆破震动测试数据具有很好的相关性,相关系数均达到0.85以上,回归计算得到的爆破地震波传播规律是可靠的.爆破震动衰减规律中的K,值为与爆破方法,地质,地形条件有关的待定系数,称为场地系数,为衰减指数.及的值视地形地质条件,爆源类型及施工工艺的区别会有很大的不同,即使在同一地区,通过实测得到了特定的爆破震动衰减规律,但由于爆破方式的不同,或者地形条件的变化,场地系数和衰减指数也会发生很大的变化.10.5∞-0,5—1—1.6—1.4～1.2—1—0.8lgP图8综合本洞和相邻洞室水平向震动趋势线对比式1与式2,可以看出,爆破开挖过程中,沿隧洞本身和相邻洞室的震动衰减规律存在很大的区别,主要表现在回归出的两个经验公式中,和的值差异较大:隧洞本身震动衰减公式中的K,值均较大,而相邻洞室震动衰减公式中的K,值相对较小.分析原因,主要是因为2类爆破震动测试数据的爆心距不同所致.针对本洞爆破震动测试中,测点爆心距分布在26.8~103.61TI,测试数据的平均爆心距为51.8m,而且大部分测点爆心距不超过60m;相邻洞室测点爆心距分布在45.7~126.5in,测试数据的平均爆心距为73.9m,而且基本上所有测点爆心距都超过50m. 在爆破地震波传播的不同距离上,震动衰减规律是不同的.在爆源近区,爆破地震波中含有较多的体波成分,震动量值大,衰减快,衰减公式中的,值均比较大;而在中,远区,地震波以表面波为主,震动量值小,衰减较慢,衰减公式中的K,值相对要小一些.所以,由于爆破震动测点爆心距大小的不同,在导流洞爆破开挖过程中,沿隧洞本身和相邻隧洞的爆破震动衰减规律存在比较大的差异, 而这也正好真实反映了爆破地震波在不同距离处的传播规律.墼3爆破震动效应分析东北水利水电2008年第8N(第26卷289期)3.1隧洞开挖爆破对本洞及邻洞的影响结合本工程实测的爆破震动数据,可以初步得出本隧洞和邻近隧洞震动响应特点:(1)从爆破震动实测结果来看,在导流洞上层中导洞开挖过程中,距离掌子面最近测点的峰值质点震速比较小,并且控制在安全范围之内.在目前的爆破规模,最大单响药量及采取的微差起爆网路条件下,对比相关安全震速指标,爆破对围岩不会产生过大的扰动.(2)在该地形地质条件下,在相邻隧洞距离大于30m的洞室进行爆破,通过爆破震动测试,在相等距离条件下相邻洞室爆破质点震动速度要比本洞室质点震动速度大10%左右.(3)邻洞周边上的震速分布规律为:主要以水平向震速为主,竖直向震速相对较小.(4)隧洞内的爆破震动质点速度随距离的增加有较明显的衰减趋势.3.2爆破震动波形特征分析爆破震动波形反映了爆破的分段情况,各段产生的震动大小以及整个爆破震动历程.图9为给出的爆破震动测试的典型波形图.由lk.fl-..1lLL.7I门’-O.~i28#4e#a∞641.21E;{16{图9爆破震动波形图从实测典型波形图看,各段波峰基本按设计的微差间隔时间分隔开,各段爆破震动的主震历时在20~501TIS,由于雷管跳段使用,所以没有出现明显的震动峰值叠加现象,其爆破分段是合理的.各测点部位的最大峰值震速基本上是由掏槽爆破弓i起的.掏槽爆破时只有一个临空面(掌子面), 因此掏槽爆破是在较大夹制作用下的强抛掷爆破, 夹制作用导致更多的爆炸能量向岩体内部传播,造成临近爆源部位的较大质点震动.3.3隧洞爆破震动控制措施(1)控制单响药量.对于相邻隧道而言,利用式2进行爆破震动速度预报,即=1.55时,若单响药量减半(Q.=0.5Q),则g2=0.70,爆破震动减小30%.在隧洞爆破开挖中,可以通过采取合理的微差起爆网路,减小单段起爆药量.另外,雷管跳段使用,避免因雷管”窜段”而使不同段爆破震动峰值叠加;在遇到需要重点防护对象时,应在考虑库存雷管段别的前提下,尽量多分段,以进一步减小爆破震动的影响.(2)合理的掏槽形式.掏槽孑L爆破比相同装药量的其它炮孔爆破会产生较大的震动速度,因此选择合理的掏槽形式,是隧道开挖中控制爆破震动的关键措施.楔形掏槽具有掏槽效果好,能为辅助眼爆破创造较好的临空面等特点,可以减少辅助眼爆破时的震动强度,在工程实际中得到了广泛的应用.但是有些情况下,由于掏槽孑L设置不合理,掏槽孔爆破单响药量过大或起爆方式不合理等原因,引起较大的爆破震动,同时也严重影响爆破效果. (3)控制循环进尺.在隧洞开挖中,单循环进尺直接关系到施工进度.当循环进尺较大时,可以提高爆破开挖速度,但是另一方面,在孔深较大的情况下,单孔装药量会增大,引起的爆破震动值相对也会大一些.根据瀑布沟工程爆破试验中的震动测试结果,得出如下认识:在地下洞室掘进中,爆破质点震动速度跟循环进尺存在很大的关系,为了降低爆破震动的影响,地下洞室开挖中可以减小排炮循环进尺. 在隧洞开挖过程中,如果遇到相关的敏感建筑物或设施,或者隧洞通过不良地质段时,可以通过减小单循环进尺的措施,降低开挖爆破对围岩及相关设施的震动影响.[收稿日期]2008-03-17[作者简介]邢新~L,(1976-),男,河南省唐河县人,工程师,从事水电施工管理工作.:薹,～～州。

隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征

隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。

结果表明:隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。

随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。

Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为:隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44~21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。

爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。

【总页数】18页(P175-192)【作者】蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院;江汉大学精细爆破国家重点实验室;中国科学院武汉岩土力学研究所【正文语种】中文【中图分类】O382【相关文献】1.隧道掘进爆破地震波传播规律试验研究2.基于小波分析的浅埋隧道爆破地震波时频特征研究3.城市暗挖隧道爆破地震波传播规律研究4.露天高边坡爆破地震波传播特征及强度预测研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

城市隧道施工爆破振动影响规律及降振技术研究

城市隧道施工爆破振动影响规律及降振技术研究摘要:由于当今城市化以及基础建设的快速发展,工程爆破的规模和数量也越来越多,对附近环境造成不利影响。

由此,文章专门根据工程项目实际情况,对影响工程爆破振动的原因进行探究,并且重点解析有关爆破减震对策,对提升工程爆破的安全起到关键性作用,并且具有一定参考价值。

关键词∶工程爆破;振动;影响原因;降振对策引言:一、引言在城市建筑施工中,爆破技术是一项十分重要的技术,它在工业生产和挖掘施工中也是常用的。

爆破工程在水利、公路等工程中的应用,在材料加工、矿山爆破等领域具有重大的应用价值,为现代社会、经济的发展、建设作出了巨大的贡献。

爆破工程在各方面都有很大的便利,但有许多因素会影响到爆炸的效果。

在这段时间内,它最显著的特点之一就是它的危险性,甚至对爆炸人员的安全都有很大的影响。

通过采取相应的措施,充分考虑到各种因素对爆破的影响,并根据施工现场的情况,制订出一套更加科学的爆破方案,以保证爆破的效果,降低爆破费用,保证企业的经济效益。

二、解析影响爆破地震波的原因从现阶段工程爆破行业的探究结果中可以看出,产生地震波的主要原因可以分为爆破自身特征参数,包括振动的频率范围和振动维持频率的持续时间长度等。

另外一个是对爆破受振的目标的物理属性,包括爆破目标的物理具体的位置、地质结构特征以及与其对应目标的相对距离等。

在此研究期间一定要注意指出这些影响因素及其之间的互相的制约作用与相互影响的作用,以便于建立起一个关系比较紧密复杂紧密的关联体。

一般的情况,爆破建筑物自身振动的相对强度就越强大,振动产生的相对频率也就会越与普通住宅楼振动的相对固有振动频率相接近,并且维持的时间非常长,对后面所带来的损害也逐渐增加。

2.1爆破现场区域地质结构条件是针对于爆破活动场所介质本身的力学特性条件来说,其在重要的程度客观上也会直接影响涉及到现场爆破设备振动破坏情况发生的难易程度大小与特点。

如果爆破点所在的区域地质结构相对比较坚硬,其产生震动时的基础频率也相对而言也就相对较高,包括震动所延续下来的时间也会相对有较明显的下降,震动衰减的相对幅度也就会相对越来越低。

隧道掘进爆破对支护结构振动效应影响及安全标准

3 5 2 mc t r cos n 2 m 2 r ]e nz e p 4(1 2 ) 4
1 3
5

E m2 2 A1[ r cos n 2 m 2 r n 2 m 2 r 2 sin n 2 m 2 r 1 1 2 4 4
5
初始条件
当
t 0
、
r r0
时，
n2 m2
W 0
3 4r0
则得：cos(
n 2 m 2 r0
)0 4
即：
在荷载边界：得到其中
A A1 0 A
A
rr
t A e 0zb,r r0 0
m
,
cp
3 1 e bn E n 2 m 2 (2n 2 3m 2 ) 1 [ r0 2 cos n 2 m 2 r0 n 2 m 2 r0 2 sin n 2 m 2 r0 bn 1 1 2 4 4

空间轴对称三维柱坐标下，由于轴对称，位移势函数不随角度变化，只与径向、轴向位移和时间相关。
2 1 2 1 2 r 2 r r z 2 c 2 t 2 p
2
采用分离变量法求解波动方程。令 Rr * Z ( z ) * T (t ) 得到：
V 0
Vz mc p A2 r
1 2
mc t cos n 2 m 2 r e nz e p 4
2
其中
A1 C
n2 m2
A2 nA1
根据轴对称柱坐标下应力与位移的关系，有

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

（．参工程兵科研四所，京１总北１０５；．国地震局工程力学研究所，尔滨０８０２中哈２０９）００２１０８；５００３同济大学上海防灾救灾研究所，海．上
摘要：隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场，作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难。采用三维有限
元计算方法，对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟，给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场，并与
双向开口隧道内爆炸流场进行了对比，析了炸药装药形状、药引爆位置对爆炸荷载分布的影响，分炸研究了作用于隧道衬
ｏｅｒｓｒｉｅｅｋｌａ）ａｄｔｅｉｕｓｎｔｅｉｎｒｓｒｃｆｈｎｅｗｒａａｙｅ．Ｔｅｉｕｎｅｆｈｐｖｒｅｓｅ（．．ｐａｄｎｐｕｏｈｍｐｌｏｎｅｆｅｏｅｔｎｌｅｅｎｌｄｈｆｅｃｓｏｓａｅｅｈｕａｔｕｚｎｌ
砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律，给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式。关键词：隧道内炸；冲击波流场；反射冲击波荷载；衰减规律
中图分类号：０５．；Ｕ５．３４５Ｔ３２１文献标识码：Ａ
Ｃｈｒｃｅｉｔｃｆｉｔｎｎｌｅｐｌｓｏｉｕｃｄａｒｓｏｋａａｔｒｓｉｓｏｎ．ｕｅｘｏｉｎ．ｎｄｅｉｈｃｗａｅａｉｔｉｕｔｏａｆｒｆｅｔｄｓｃａｅｌａｖｎｄｄｓｒｂｉｎｌｗｏｅｃｅｈｏｋｗｖｏｄｌ

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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.。