城市地铁联络通道下穿爆破地表振动空洞效应

董合费 朱斌 蒋楠 杨玉民

董合费, 朱斌, 蒋楠, 杨玉民. 城市地铁联络通道下穿爆破地表振动空洞效应[J]. 高压物理学报, 2022, 36(5): 055301. doi: 10.11858/gywlxb.20220553
引用本文: 董合费, 朱斌, 蒋楠, 杨玉民. 城市地铁联络通道下穿爆破地表振动空洞效应[J]. 高压物理学报, 2022, 36(5): 055301. doi: 10.11858/gywlxb.20220553
DONG Hefei, ZHU Bin, JIANG Nan, YANG Yumin. Surface Vibration Cavity Effect of Underpass Blasting in Urban Metro Liaison Channel[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2022, 36(5): 055301. doi: 10.11858/gywlxb.20220553
Citation: DONG Hefei, ZHU Bin, JIANG Nan, YANG Yumin. Surface Vibration Cavity Effect of Underpass Blasting in Urban Metro Liaison Channel[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2022, 36(5): 055301. doi: 10.11858/gywlxb.20220553

城市地铁联络通道下穿爆破地表振动空洞效应

doi: 10.11858/gywlxb.20220553
基金项目: 国家自然科学基金(41972286,42072309);爆破工程湖北省重点实验室开放基金 (HKLBEF202001)
详细信息
    作者简介:

    董合费(1976-),男,本科,高级工程师,主要从事水利工程建设和运行管理研究.E-mail:327752391@qq.com

    通讯作者:

    蒋 楠(1986-),男,博士,副教授,主要从事隧道工程稳定性研究. E-mail:jiangnan@cug.edu.cn

  • 中图分类号: O383; TU91

Surface Vibration Cavity Effect of Underpass Blasting in Urban Metro Liaison Channel

  • 摘要: 研究城市地下工程爆破施工地表振动衰减规律对邻近建筑保护具有重要意义。以武汉地铁8号线二期联络通道爆破开挖工程为例,运用现场监测与ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值模拟计算相结合的方法,分析了联络通道爆破开挖作用下地表振动的空洞效应,并预测其衰减规律。研究表明:地表质点的峰值振速随着与掌子面距离的增大而不断减小,成洞区域上方地表振速明显大于未开挖区域;空洞效应放大系数随着与爆源纵向距离的增大先增大后缓慢减小,沿通道两侧随着距离的增大而不断减小,空洞效应的影响减弱;在距爆源8 m处(掌子面后方6 m),放大系数达到最大,应重点在距离爆源2~8 m即空洞效应较大的地表区域内开展振动监测。在开挖区域,与介质和爆破条件相关的系数、振动衰减系数和层介质吸收系数分别为58.52、1.43和0.019,而在未开挖区域,则分别为152.09、1.74和0.023。

     

  • 图  联络通道工程示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the liaison channel project

    图  上台阶炮孔布置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the upper bench blasting hole arrangement

    图  爆破振动测试系统TC4850

    Figure  3.  Blast vibration test system TC4850

    图  数值模型示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of the numerical model

    图  爆破荷载曲线

    Figure  5.  Blasting load curve

    图  实测与模拟振速波形对比

    Figure  6.  Comparison of measured and simulated vibration speed waveforms

    图  联络通道爆破开挖合振动速度云图

    Figure  7.  Cloud chart of resultant velocity of contact channel blasting and excavation

    图  研究质点的选取

    Figure  8.  Selected mass points

    图  地表振动速度分布

    Figure  9.  Distribution of ground vibration velocity

    图  10  空洞效应的放大系数

    Figure  10.  Amplification factor of the cavity effect

    图  11  空洞效应影响区域

    Figure  11.  Region affected by cavity effect

    图  12  振动衰减规律拟合

    Figure  12.  Fitting of vibration decay law

    图  13  峰值振速与爆心距的关系

    Figure  13.  Peak vibration veloctiy versus blast distance

    表  1  上台阶爆破参数

    Table  1.   Blasting parameters of upper bench

    No.Blast holeBlast hole depth/mQuantity of blast holesSingle hole charge/kg
    1Empty hole1.010
    2Cut hole1.240.25
    3Auxiliary hole1.0110.20
    4Peripheral hole1.090.20
    5Bottom hole1.070.25
    下载: 导出CSV

    表  2  数值模拟参数

    Table  2.   Numerical simulation parameters

    MaterialDensity/(g·m−3)E/GPaμc/MPaφ/(°)
    Fill stratum1.980.0440.28
    Clay1.980.0390.350.03515
    Weathered sandstone2.70500.255.5 43
    Lining2.60320.20
    下载: 导出CSV

    表  3  数值模拟与现场监测数据对比

    Table  3.   Comparison of numerical simulation and field monitoring data

    MethodMonitoringvx,max/(cm·s−1)vy,max/(cm·s−1)vz,max/(cm·s−1)vr,max/(cm·s−1)
    Field experimentC-10.3010.2520.2470.313
    C-20.1460.0830.1830.240
    C-30.0570.0780.1230.156
    Numerical simulationC-10.3220.2430.3540.394
    C-20.1570.0560.1800.254
    C-30.0540.0470.1300.147
    下载: 导出CSV
  • [1] 张继春, 曹孝君, 郑爽英, 等. 浅埋隧道掘进爆破的地表震动效应试验研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(22): 4158–4163. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.22.024

    ZHANG J C, CAO X J, ZHENG S Y, et al. Experimental study on surface vibration effect of blasting in shallow buried tunnel boring [J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(22): 4158–4163. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.22.024
    [2] 郭得福, 黄博, 高文乐, 等. 浅埋隧洞爆破施工引起的振动效应 [J]. 工程爆破, 2017, 23(1): 71–76. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2017.01.015

    GUO D F, HUANG B, GAO W L, et al. Vibration effects caused by blasting construction in shallow buried tunnels [J]. Engineering Blasting, 2017, 23(1): 71–76. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2017.01.015
    [3] 郭辉, 张继春, 俞定, 等. 爆破地震波作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究 [J]. 路基工程, 2017(4): 151–154.

    GUO H, ZHANG J C, YU D, et al. Study on the cavity effect of surface vibration in shallow buried tunnels under the action of blasting seismic waves [J]. Roadbed Engineering, 2017(4): 151–154.
    [4] 刘光汉, 周建敏, 余红兵. 浅埋隧道掘进爆破空洞效应研究 [J]. 采矿技术, 2017, 17(5): 112–113. doi: 10.3969/j.issn.1671-2900.2017.05.037

    LIU G H, ZHOU J M, YU H B. Research on blast cavity effect in shallow buried tunnel boring [J]. Mining Technology, 2017, 17(5): 112–113. doi: 10.3969/j.issn.1671-2900.2017.05.037
    [5] 李志堂, 尹荣申, 孟亚锋, 等. 土岩交错地层隧道爆破施工的振动响应及空洞效应分析 [J]. 隧道建设, 2018, 38(4): 588–593.

    LI Z T, YIN R S, MENG Y F, et al. Analysis of vibration response and cavitation effect of tunnel blasting construction in soil-rock interlaced strata [J]. Tunnel Construction, 2018, 38(4): 588–593.
    [6] 石连松, 高文学, 王林台. 地铁浅埋隧道爆破振动效应试验与数值模拟研究 [J]. 北京理工大学学报, 2018, 38(12): 1237–1243.

    SHI L S, GAO W X, WANG L T. Experimental and numerical simulation study of blasting vibration effects in shallow buried underpass tunnels [J]. Journal of Beijing University of Technology, 2018, 38(12): 1237–1243.
    [7] 刘志波. 莲花山隧道爆破振动效应试验研究 [J]. 爆破, 2020, 37(3): 78–84. doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2020.03.013

    LIU Z B. Experimental study of blasting vibration effect in Lotus Hill tunnel [J]. Blasting, 2020, 37(3): 78–84. doi: 10.3963/j.issn.1001-487X.2020.03.013
    [8] 冯小冬. 地铁钻爆法施工对邻近建筑物的振动响应预测 [J]. 地下空间与工程学报, 2021, 17(2): 580–589.

    FENG X D. Prediction of vibration response of subway construction by drill-and-blast method on adjacent buildings [J]. Journal of Underground Space and Engineering, 2021, 17(2): 580–589.
    [9] 中国工程爆破协会. 爆破安全规程: GB 6722—2014 [S]. 北京: 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 2014.
    [10] ZHU B, JIANG N, ZHOU C, et al. Dynamic failure behavior of buried cast iron gas pipeline with local external corrosion subjected to blasting vibration [J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2021.
    [11] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范: GB 50010—2015 [S]. 北京: 中华人民共和国住房和城乡建设部, 2015.
    [12] 孔丹丹, 赵颖华, 王萍, 等. 钢筋混凝土材料有限元分析中的等效模量方法 [J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2005, 21(3): 200–203.

    KONG D D, ZHAO Y H, WANG P, et al. Equivalent modulus method in finite element analysis of reinforced concrete materials [J]. Journal of Shenyang University of Architecture (Natural Science Edition), 2005, 21(3): 200–203.
    [13] 吕国鹏, 周传波. 隧道断层带注浆加固围岩体爆破动力损伤特征 [J]. 岩石力学与工程学报, 2021, 40(10): 2038−2047.

    LÜ G P, ZHOU C B. Blasting dynamic damage characteristics of grouting reinforced surrounding rock mass in tunnel fault zone [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2021, 40(10): 2038−2047.
    [14] 罗杰峰. 隧道掘进爆破合理微差时间研究 [D]. 长沙: 长沙理工大学, 2014.

    LUO J F. Research of reasonable millisecond delay time with tunneling blasting [D]. Changsha: Changsha University of Science and Technology, 2014.
    [15] 蔡军, 苏莹, 邱秀丽. 爆破荷载作用下空洞效应对围岩振动速度的影响[J]. 矿冶工程, 2021, 41(5): 10−13, 17.

    CAI J, SU Y, QIU X L. Influence of cavity effect on vibration velocity of surrounding rock under blasting load [J]. Mining and Metallurgy Engineering, 2021, 41(5): 10−13, 17.
  • 加载中
图(13) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  44
  • HTML全文浏览量:  13
  • PDF下载量:  12
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-01
  • 修回日期:  2022-05-07
  • 网络出版日期:  2022-09-13
  • 刊出日期:  2022-10-11

目录

    /

    返回文章
    返回