引汉济渭岭北TBM施工段隧洞微震监测系统及工程应用

本文以引汉济渭岭北施工区隧洞开挖为工程背景,通过微震监测系统的建立和微震监测技术对开挖过程的实时连续在线监测和分析,研究分析岩爆发生的前兆信息。通过研究表明:岩爆发生前微震事件数量及累计能量的骤增骤减是岩爆发生的前兆,且通过微震事件的"时空强"等信息可以宏观推断岩爆发生的位置及强度。通过对岩爆发生过程中相关规律的研究,可以为隧道开挖的安全提供指导。     

深埋隧道地压多通道微震监测技术应用研究

针对北武夷山隧道大埋深、大跨度、多头掘进汇合处的高地应力以及可能诱发的岩爆灾害等问题,采用全数字型多通道微震监测技术开展监测和预警研究。提出了结合微震事件率倍比、微震能量倍比与微震定位事件簇群密度三个参数的综合预警方法,首次将微震事件率倍比与微震能量倍比两个微震参数应用于铁路隧道岩爆动力破坏监测预警中,首次根据各微震参数的理论意义与专家经验提出不同参数在岩爆发生概率中的权重值,把各参数的预警指标与隧道埋深和围岩分级联系起来,制定了基于多微震参数的岩爆发生概率的综合定量评分体系。该研究在实际监测应用中多次对岩爆进行了有效的监测预警,对安全施工起到了很好的指导作用。     

微震监测与爆破测振对公路边坡的联合控制

为研究贵州某高陡岩质公路边坡在施工期间受到爆破震动的影响,在分别探讨了微震监测和爆破测振原理的基础上,用IMS微震监测设备探索爆破震动下边坡岩体内部微震活动规律,TC4850爆破测振仪研究爆破震动对边坡表面稳定性的影响,两者结合,对施工期的边坡稳定性进行联合控制。结果表明,微震事件集中分布的岩体内部区域对应的岩体表面质点振动速度较大,联合控制可靠性更强,值得在公路工程开挖边坡稳定性监测中广泛推广。     

微震监测技术在某深埋铁路隧道施工管理中的应用

为防范高应力深埋隧道开挖过程出现的岩体失稳风险,促进隧道安全、高效施工,利用微震监测技术对某深埋铁路隧道施工 过程中的围岩破裂情况进行监测,用不同的微震活动性表征隧道潜在的不同的高应力灾害风险大小; 利用监测区域内的微震活动 动态演化过程所表征的隧道高应力灾害风险大小变化情况,合理选择施工工序、施工时机、施工方式等,取得了较好的效果。 研究 结果表明: 利用微震监测方法获取的围岩微震活动规律可指导深埋隧道施工过程管理,有助于降低施工过程中的安全风险,确保 人员、设备的安全,可为我国“一带一路”建设过程中重大深埋隧道工程的施工提供参考。     

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。     

高地应力水平岩层隧道岩爆机制研究——以大峡谷隧道为例

高地应力水平层状硬脆性岩体隧道在开挖后周边应力会重分布,导致切应力增加,进而引起局部的弹性应变能增大,当达到一定程度后就会发生岩爆。为研究高地应力下水平岩层的岩爆机制,依托大峡谷超大埋深隧道,采用有限差分软件,建立水平岩层和均质岩层2种工况,从弹性应变能和应力路径2个方面分析了水平岩层岩爆的风险性。研究结果表明:1)在构造应力场的作用下,水平岩层与均质岩层存在较大差别。隧道开挖后,由于开挖卸荷作用,水平岩层掌子面所在环状区域应变能最大,且在开挖前后隧道周边不同位置都出现应变能突变;均质岩层开挖后应变能突变较小。2)应力路径中2种工况下最大主应力和弹性应变能的变化趋势一致,水平岩层中拱顶和拱底区域的应力差在开挖后不断增大,其他位置则在开挖到监测点所在断面时发生突变,造成岩石劣化,掌子面环状区域岩爆的风险增加。     

地下洞室中的地应力测量

地应力是隧道等岩石工程稳定性设计与评价的重要基础资料,在重大工程设计与施工前,需进行地应力测量,为工程设计提供依据。岩爆常发生在强度高、质地坚硬、干燥且较完整的弹脆性岩体中。采用水压致裂法测定地应力,在此基础上用Russense法、陶振宇法和Wet能量指数法综合预测隧道发生岩爆的几率,为工程开挖提供参考。     

微上台阶开挖法在甘姆奇克隧道岩爆段的应用

为了研究一种既能保证隧道岩爆段施工进度,又能降低围岩能量释放剧烈程度的应力释放方法,结合乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆大部分出现在拱顶-拱腰段的特征,制定了微上台阶开挖法的应力释放方案。通过数值模拟计算和现场应用效果分析,该方案能够实现拱顶和拱腰处围岩应力的释放和转移,使围岩应力集中区提前得以消散,有效地降低了围岩发生岩爆的程度。同时,通过该方案的初步现场施工实践,证明： 相对于其他应力释放措施（如应力释放孔、超前导洞等）,微上台阶法在形成首次微台阶后基本不改变原有施工方案和工序,无额外工期,能够实现连续作业,可为类似工程岩爆防治提供理论依据和有益借鉴。     

地质轴压裂纹倾角应力强度因子的光弹性实验研究

岩爆是采矿和隧道开挖等地下工程的一大地质灾害,并且具有猛烈和瞬发的特性,其复杂的机理已经成为众多工程师和研究人员的研究课题,同时在工程中具有很深远的意义。该文通过将光弹性实验的方法和断裂力学相结合,讨论了岩体内裂纹角度变化对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时分析了对远场应力的影响。     

烧锅隧道开挖全过程围岩内部位移监测及稳定性分析

公路隧道施工时,常规的隧道围岩位移监测一般在隧道开挖后进行,不能对隧道完整开挖过程中的内部位移变化进行监测和评价,其数据完整性不足,无法为隧道信息化施工和稳定性分析及时提供依据。针对此类问题,对烧锅隧道开挖全过程进行了围岩内部位移监测。通过监测数据对施工区域内的岩体稳定性进行了分析评价,为后期施工提供了依据;对类似工程有借鉴意义。     

深埋隧道岩爆预测及防治技术现状综述

为对岩爆现有预测及防治技术进行整理和总结,搜集深埋岩爆隧道的大量资料,统计分析已建、在建隧道发生大面积岩爆现象的原因、过程和特征,对岩爆规律、预测方法以及处置措施进行总结和分析。得出结论如下:1)在岩爆预测阶段,基于岩体物理力学性质的岩爆等级判别式具有一定通用性,判别标准的数值可应用于岩性、埋深相近的隧道;采用多个判别式可相互检验隧道的预测岩爆的准确性及特征,现场监控量测为制定判别标准提供了重要参考和有效性验证。2)细化岩爆防治阶段不同岩爆等级的应力解除方法:在轻微岩爆段,采用洒水或者灌水;在严重岩爆段,利用应力孔进行应力释放。3)总结提出不同等级围岩段落的初期支护参数,针对钻爆方法,通过对比总结,提出不同岩爆段落的开挖方法、进尺长度以及相应的等待时间。4)提出利用机器学习、大数据库、无人机、机器视觉、信号采集、多光谱兼热成像技术,实现岩爆预测信息采集及岩爆过程位移场、应变场的全过程监测;提出利用离散元能量迭代算法模拟岩爆过程的新技术。     

深埋TBM隧洞岩性界面区围岩破坏特征与支护技术研究

为保证深埋TBM隧洞岩性界面区域的安全、高效施工，综合应用现场调查、微震监测等手段开展顺隧洞轴向岩性界面区域的围岩破坏特征、微震活动特征研究，并在此基础上开展岩性界面区域破坏围岩支护技术研究。研究结果表明： 1）由于岩性界面区域应力集中，开挖卸荷后围岩更容易破坏，且隧洞围岩南硬北软的特征导致不同类型的破坏以蚀变带为界分布在隧洞两侧，破坏分布具有明显的区域性； 2）岩爆、结构型塌方破坏与微震活动具有良好的空间相关性； 3）当岩爆等级较低时，以结构型塌方为主体进行支护，随着岩爆等级升高，支护及防控的主体逐渐过渡为岩爆。     

马坑山特长隧道岩爆预测及工程对策

通过对马坑山隧道地应力测试结果的分析,推导了隧道轴线水平面上的应力和隧道断面内最大切向应力的估算公式。在此基础上,根据国内外多种岩爆判别准则,对隧道开挖发生岩爆等级进行综合预测,并分析了岩爆发生临界深度,为马坑山隧道防治岩爆危害的工程对策提供依据。     

安徽黄塔（桃）高速公路马金岭隧道岩爆防治施工技术

岩爆是地下工程开挖施工中发生在高地应力、完整脆性岩体内的一种地质灾害,极大地威胁着施工人员和设备的安全.通过对安徽黄塔(桃)高速公路马金岭隧道断面开挖时发生岩爆现象的观测,分析其特征和规律,从实践中初步总结出了一套预防和治理岩爆的方法,供其他类似工程在施工时参考和借鉴.     

乌兹别克斯坦甘姆奇克隧道岩爆特点及其形成机制

在总结乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆特点的基础上,结合隧道工程地质条件,对岩爆的发生机制进行分析。研究表明： 甘姆奇克隧道的岩爆主要是由于本隧道的花岗闪长岩和正长斑岩属脆性围岩及围岩内赋存很高的水平向构造残余应力引起的; 隧道在埋深仅40 m的条件下就发生岩爆,且岩爆发生在拱顶-拱腰段,主要是由于与隧道轴线接近垂直的水平向地应力为最大主应力的缘故;该隧道的岩爆按形成机制可分为完整岩体的薄片状弹射、近水平向层状岩体折断崩落、岩块崩出+周边围岩塌落和边墙板状岩体折断崩出4种模式。     

开挖卸荷扰动下深埋地下厂房围岩稳定性数值分析研究

猴子岩水电站地下厂房位置地处深山峡谷区,区域地质构造背景较为复杂,并且具有地应力值相对较高,洞室跨度大、边墙高,洞室埋深大等特点。地应力最大值有36 MPa,最大垂直埋深可达660 m。因此,在开挖过程中,岩体卸荷对洞室围岩的稳定性影响较大。选择典型剖面,运用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对地下洞室的分层开挖支护过程进行了数值模拟,对模拟结果进行分析,包括围岩变形场、应力场和塑性区的分布规律,并将模拟结果与现场内观监测资料和微震监测资料进行对比分析。分析表明,围岩变形与内观监测结果较为吻合,同时在围岩应力发生集中的部位,微震事件发生区域性聚集。因此,可以通过数值模拟来预测后续开挖中的围岩变形,为开挖支护施工提供指导。     

液压与气液复合加载洞室岩爆模型对比试验

为了探讨液压与气液复合加载条件下地下洞室岩爆现象的差异,选择具有明显脆弹性的石膏模型材料,制作了大尺寸模型试件,利用自主研发的气液复合型岩爆模型试验装置开展液压与气液复合加载洞室岩爆物理模型试验,模拟深部地下洞室开挖过程中的岩爆现象。采用应力应变测试、声发射监测及影像获取等方法,对试件加载过程中洞室的宏观破坏现象、洞室周边内部变形规律、声发射特征参数及裂纹的扩展进行分析。试验结果表明:洞室边墙和拱肩部位产生较大的应力集中区,洞室岩爆破坏顺序是先边墙,后拱肩方向,边墙和拱肩部位在极短的时间内出现裂纹及扩展,形成较大范围的层裂、剥落及弹射碎片,并伴随较大的声响;在相同的加载应力路径下,气液复合加载较液压加载破坏区范围更大,在本试验气液复合加载条件下,边墙破坏区范围大致为0.6b(b为洞室宽度);岩爆的发生及烈度与加载方法和破坏时能量的释放速率密切相关,采用气液复合加载的模型试件,在对应破坏点处应变具有明显的梯度变化,应变值显著高于液压加载试件,同时,声发射能量较液压加载具有明显的突变,岩爆的宏观破坏过程及现象更为明显,破坏程度更为剧烈。气液复合加载的试验方法更为符合实际工程岩体破坏过程的实际受荷。     

苍岭隧道施工岩爆预防与防治

根据岩爆的发生机理,对苍岭隧道岩爆在发生时间、空间效应、围岩岩性与岩体结构效应等方面的主要特征进行分析,并从改善岩石物理性能和应力条件、初期支护加固围岩、二次衬砌等方面详细阐述该隧道在实际施工中采取的岩爆预防及防治措施。     

基于复杂地质的长大隧道快速施工关键技术探讨

针对复杂地质环境下长大隧道施工难度大,施工周期长的问题,以西北高原地区一长大隧道实际施工情况为对象,结合FLAC 3d数值软件进行隧道开挖快速施工分析。根据隧道埋深开挖损伤理论提出了以岩爆段为支护对象的柔性防护网快速施工法。研究结果表明:隧道埋深小于300 m,并不为产生岩爆;隧道埋深300~800 m时,存在轻微岩爆;隧道埋深800~1 000 m时,以中级岩爆为主;当埋深大于1 000 m时,以严重岩爆为主;当隧道开挖时,隧道后墙角区域的岩爆倾向明显大于拱顶和边墙区域。其中拱肩区主要以中级岩爆为主,拱脚区域完全满足强岩爆特性;通过运用柔性防护网快速施工法,利用柔性网的延性降低骨料回弹,提高了混凝土的喷射厚度,将柔性网与围岩密贴,能减缓和控制岩爆发生;利用柔性网系统实现了局部荷载的均匀传递,提高局部减弱区的防护能力,改善隧道结构的耐久性。     

蒙华铁路九岭山隧道施工期岩爆预测研究

为保障九岭山隧道施工安全，准确预测掌子面前方未开挖段的岩爆发生状况，采用理论与实测相结合研究手段，对隧道的岩爆发生状况进行了预测。通过岩爆预测并结合已开挖段的岩爆发生情况，得出卢森、王元汉、王兰生判据的结论更适合九岭山隧道的实际情况。基于应力解除法的二次应力测试和基于应力判据法的岩爆预测准确性也得到了验证，得出九岭山隧道未开挖段DK1689+140~+450为中等岩爆区域。