基于应力判据法的施工期岩爆预测研究

九岭山隧道为单洞双线铁路隧道,全长15 371 m,最大埋深约862 m。隧道所处地形起伏大,隧道穿越地层较复杂,九岭山隧道开挖后,深埋段岩体因受高围压作用,产生岩爆现象。通过工程实测地应力成果,基于应力解除法的二次应力测试,并采用应力判据法,对掌子面前方进行岩爆预测,结果分析表明:DK1690+130～DK1690+500为中等岩爆区域;卢森、王元汉、王兰生等应力判据的结论更适合九岭隧道岩爆情况,建议在岩爆预测中为主要岩爆发生判别依据。     

深埋特长隧道岩爆预测研究

研究目的:苍岭隧道最大埋深近800 m,隧道内围岩完整性好,强度高,在高围压条件下,隧道开挖后将产生岩爆现象,为保障隧道施工安全,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,两阶段预报方案对苍岭隧道的岩爆发生状况进行了预测.研究结论:通过两阶段岩爆预测可知,较之施工前岩爆预测情况,在实际条件下,轻微岩爆区长度将减少,中等岩爆区则基本相当,岩爆基本发生在边墙部位;卢森判据的结论更加适合本隧道岩爆的预测,前期研究中获取的隧道区内构造应力场较为准确,采用理论与现场实测的研究手段,结合两阶段岩爆预测模式,准确预测了掌子面前方一定范围内岩爆发生状况,为岩爆预测提供了切实可行的方法.     

超埋深特长隧道地质灾害分析与防治措施研究

在建谷竹高速公路大坪山隧道为一座分离式高速公路特长隧道,最大埋深892 m.根据实测隧道地应力、数值模拟、室内试验结果和岩爆发生判据,预测在隧道施工中由于高地应力可能发生岩爆灾害;根据岩溶地质调查,分析了隧道开挖时可能存在的涌水、涌泥、各种溶洞等地质灾害,并对部分地段最大涌水量进行预测.提出利用超前地质预报与信息化施工预测与防治地质灾害,并对可能发生的岩爆、岩溶等灾害提出具体防治措施.     

基于应力判据法适宜性分析的隧道施工期岩爆预测研究

采用现场测试结合理论研究的方法对九岭山隧道进行岩爆预测。九岭山隧道穿越地层主要为花岗岩硬脆性岩浆岩,最大埋深约为862 m。基于应力解除法对洞壁进行二次应力测试以及点荷载试验。现场测试得出:九岭山隧道已开挖断面DK1687+240的洞壁切向应力为41. 36 MPa,岩石单轴抗压强度为106. 38 MPa,将不同判据得出的结果与实际情况进行对比,认为王元汉和王兰生的判据符合九岭山隧道的实际情况,并据此判断九岭山隧道未开挖段DK1687+260～DK1687+500为轻微岩爆区域。     

隧道地应力测试与岩爆倾向性分析

研究目的:岩爆是深埋长隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害,岩爆研究对于隧道的勘测设计、施工组织及安全生产具有重要的现实意义.研究结论:采用水压致裂法进行地应力测试,依据Russenes判据、Turchaninov判据及Hoek判据等准则对隧道施工期岩爆发生的倾向性进行分析与评价.结果表明:隧道存在岩爆发生的可能性;...     

秦岭翠华山特长隧道高地应力问题研究

研究目的:关于深埋长大隧道高地应力问题,业界存在许多理论和判据,不同行业、不同项目采用的判据各有不同。究竟如何预判岩爆地质灾害,有效指导安全施工。通过秦岭翠华山特长隧道勘察预判和施工验证,研究隧道高地应力问题及如何预判岩爆灾害。研究结论:秦岭翠华山特长隧道最大水平主应力方向与隧洞轴线方向夹角偏大,发生岩爆是不可避免的;基于地应力参数和岩石参数计算得出洞身开挖时存在岩爆可能性的结论,具有一定的片面性;翠华山隧道施工实践证明,在众多理论和判据中,应该多采用几种判据,综合分析后评价岩爆问题,更能接近于实际。     

基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法

针对隧道洞口浅埋段多位于覆盖层、坡积层或风化严重的软弱破碎岩体中,极易发生失稳破坏的现实问题,以某隧道为工程背景,提出1种基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法。根据隧道围岩失稳情况,建立隧道洞口浅埋段围岩力学模型,采用Weibull分布函数,描述隧道上覆软弱地层的本构关系;根据总势能原理建立围岩失稳破坏的尖点突变模型,导出围岩失稳的力学判据;将地表沉降监测数据和尖点突变模型进行有效融合,建立隧道围岩稳定性预测模型,导出围岩稳定性判别式;以隧道5处典型断面为例,选取出现明显失稳征兆之前的7 d监测数据进行验证。结果表明:隧道洞口浅埋段围岩失稳与上覆地层的应变软化程度、刚度比及含水率相关;隧道围岩失稳力学判据和稳定性判别式的判别结果与现场实际围岩情况一致;利用地表沉降数据建立的围岩稳定性判别式来预测围岩的稳定性是合理可行的。     

大相岭泥巴山隧道高地应力段施工技术

大相岭泥巴山隧道长度长,埋深大,地质情况复杂。针对隧道挤压大变形和岩爆事故频发的工程现状,对不同埋深条件下地应力分布进行统计分析,对岩爆烈度进行预测,提出了坚持光面爆破、采用胀壳式锚杆加固、在喷射混凝土中外掺超细沸石粉和速凝剂、并辅以新型退火(柔性)钢丝网,增加钢拱架支护等有效的综合技术应对措施安全通过了烈度不同的岩爆地段。     

西康二线秦岭翠华山特长隧道岩爆预测

岩爆是深埋长大隧道开挖过程中一种常见的地质灾害,主要发生在高地应力硬质岩地区.根据翠华山隧道深钻孔的实测地应力数据成果,分析了隧道不同埋深处的地应力分布情况,并确定了隧道区最大主应力方向.最后结合隧道各围岩的工程力学性质,通过两种工程常用的方法对隧道可能发生岩爆的段落进行了综合分析预测.     

隧道岩爆预测的距离判别分析模型研究及应用

将洞室最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值、弹性能量指数这3项影响隧道岩爆的主要指标作为判别因子,建立隧道岩爆预测的距离判别分析模型。以国内外重大隧道工程发生岩爆的实测资料作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。该模型在预测判别中综合考虑了影响隧道发生岩爆的多项因素,通过判别模型的学习功能获得岩爆与其各影响因素之间的复杂关系,排除了一般准则中建立判据时人为因素的影响。实例证明该模型利用回代估计法所得到的误判率为零,并具有较强的判别能力。     

基于岩爆烈度预测的川藏铁路线路比选研究

拟建川藏铁路线路穿越区域地质条件复杂,隧道工程占比高、埋深大和岩体初始应力高,具备岩爆灾害发育的必要条件,岩爆地质灾害的分析预测对川藏铁路线路比选尤为重要。通过分析国内地下工程岩爆案例,再结合新建川藏铁路某段的实际情况分析岩爆影响因素,考虑指标的重要性、相关性和易获取性,选取岩石强度、地应力、地质构造和围岩级别4个指标,采用层次分析法(AHP)-专家打分法,建立隧道岩爆灾害烈度预测模型。通过对拟建川藏铁路某段的K、A和C三个比选方案的隧道岩爆灾害烈度进行预测,并通过统计分析获得C方案的岩爆灾害影响最小,为推荐选线方案。在新建川藏铁路某段的岩爆烈度预测实际应用表明,该模型能较为快速地进行岩爆烈度预测,在铁路前期选线阶段具有较好的适应性。     

深埋长大隧道岩爆倾向性多指标评价

研究目的:高铁北武夷山隧道是一座单洞双线隧道,隧道最大埋深达1 100 m,属于高应力区,开挖过程中可能会出现岩爆现象。通过对隧道高应力地区采集的岩样进行室内岩爆倾向性实验,并结合声发射监测技术,得到岩石单轴抗压强度等性能参数,先采用强度脆性系数法、变形脆性系数法、弹性应变能指标法、切向应力准则四种单指标评价方法进行岩爆倾向性评价,然后运用四指标模糊数学综合评价法进行评价。研究结论:(1)结合声发射监测技术进行岩石力学实验,获得的变形脆性系数、弹性应变能指标系数相比常规实验更加精确;(2)根据岩体性质和围岩的应力情况,在传统综合评价方法基础上增加了变形脆性系数法评判指标,结果表明采用模糊数学综合评价方法得到的评价结果与单指标评价相比,更加符合隧道岩爆的实际情况;(3)本研究成果为隧道岩爆预测提供了可行方法,对于类似工程提前防治岩爆有借鉴意义。     

高原地区高地应力隧道岩爆预判方法

盆因拉隧道是新建拉萨至日喀则铁路的关键性控制工程,在盆因拉隧道的施工时岩爆频发。对隧道岩爆地质段的岩性进行了现场测试及室内试验,依据试验结果,分别采用岩石弹性应变指数、最大储存弹性应变指标、强度脆性系数等指标对岩爆倾向进行了预测,可对工程施工予以指导。     

某隧道断面优化分析

通过对某隧道最大埋深地段不同断面形式引发的岩爆活动进行数值分析后认为,在相同的应力条件下,采用的断面形式不同,将会导致不同的岩爆结果.采用带仰拱的断面形式,由于避免了断面几何形状的突变,隧道开挖后岩爆活动要明显减小,上述结论对后续的施工、设计起到了指导性作用.     

隧道岩爆预测及防治施工技术研究

岩爆一直是隧道施工中一个难题,处理不当将会给人的生命和财产安全带来严重威胁。本文以拉林铁路岗木拉山隧道为依托,对现场岩爆规律进行了分析,包括岩爆发生时间效应、岩爆表现形式等,在此基础上对岩爆主要影响因素进行了分析,现场岩爆主要和埋深、岩性、最大主应力方向、开挖方式等有关。采用应力解除法对地应力进行了测试,用卢森岩爆判别法对岩爆进行了预测,并对不同岩爆强度分别提出了对应的防治措施,包括控制开挖进尺、控制爆破效果、软化围岩、释放应力、加强支护等,解决了现场岩爆问题,可为今后同类工程提供参考。     

青藏高原东缘地下工程岩爆风险投图研究

研究目的:工程建设中积累的地应力实测数据可为同一区域新建地下工程大范围选线及初步勘察等阶段区域地应力值预测、岩爆风险评价提供重要参考。本文通过侧压系数回归计算,预测本地区地应力特征。按照硬质岩代表性抗压强度等级,研究投图法分析岩爆风险,并给出本地区地下工程埋深设置原则。研究结论:(1)研究区最大水平主应力侧压系数的外包线(最大值)、中线(平均值)、内包线(最小值)分别为KH-max=680/Z+0.91、K_(H-ave)=256/Z+0.78和K_(H-min)=56/Z+0.55;(2)以硬质岩代表性抗压强度Rc为70 MPa、90 MPa、110 MPa、130 MPa四个等级投图,显示青藏高原东缘地下工程发生破坏性较大的中等岩爆的埋深主要在500～1 950 m之间,中值约为1 150 m;发生强烈岩爆的埋深主要在1 200 m以上,因此在选线时应尽量降低1 150～1 200 m埋深以上的隧道长度;(3)本文提出的地应力背景值预测、地下工程埋深设置与岩爆风险投图评价方法,可指导工程技术人员在青藏高原东缘地区开展勘察设计和相关研究工作。     

成兰铁路某长大深埋隧道岩爆特征及成因机制

研究目的:在建成兰铁路平安隧道因其复杂的地质构造条件、高构造应力场特征及坚硬完整的围岩条件等,隧道开挖过程中围岩岩爆现象较为普遍。本文在现场调绘及地应力测试、岩块物理力学试验等资料分析的基础上,根据岩爆现象及其破坏特征,从工程地质环境、地质构造、地应力场及地层岩性等方面,以工程地质的视角,对复杂构造高应力场中质坚性脆围岩岩爆的成因机制进行分析,并对类似工程地质条件下隧道其他段的岩爆等级进行预测。研究结论:(1)区域构造上,平安隧道3#斜井工区处于较场山字形构造带之前弧部位,褶曲及断层等新老构造叠加,构造条件极其复杂;(2)隧道内岩爆主要呈现为围岩爆裂松脱、剥落、弹射等现象,对工程破坏主要表现为初支喷混凝土剥落、开裂、拱架扭曲、断裂、垮塌等现象;(3)在时间上,测段岩爆主要表现为即时型岩爆特征,其岩爆等级为中等~强烈岩爆;(4)从工程地质的视角,测段岩爆可归纳为强烈复杂地质构造的孕育条件、高构造应力场的力学条件、坚硬完整围岩条件等主要因素综合影响的成因机制;(5)本文分析方法和结论对山区类似工程地质条件下隧道工程围岩岩爆的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

当金山隧道区域地应力特征分析与应用

研究目的:敦格铁路当金山隧道位于兴蒙褶皱系与祁连山褶皱系之间的阿尔金断隆,隧道埋深大,地质条件复杂,高地应力是隧道施工中的主要地质问题。通过对隧道区域地应力特征分析,分析预测隧道施工中与高地应力有关的地质问题。研究结论:(1)当金山隧道区地应力高,以水平应力为主,属高地应力区;(2)根据切向应力准则判断,隧道施工中埋深较大地段较完整的云母石英片岩、花岗岩有发生轻微岩爆的可能,绿泥石英片岩发生岩爆的可能性小;(3)根据隧道区的地应力特征及岩性特征分析,断层破碎带(尤其是F5断层)岩质软弱,在施工中有发生较大变形的可能,其他地段发生变形的可能性较小;(4)本文采用的隧道地应力分析与评价方法及与高地应力有关主要地质问题的分析,对类似工程具有参考和借鉴意义。     

深埋隧道围岩破坏特征及支护措施探讨

硬质、脆性岩体的大埋深隧道中,由于地应力水平较高,洞室开挖过程中可能造成围岩的损伤破坏。围岩的破坏涉及应力的释放程度、释放周期以及部分洞段应力的滞后释放或者二次释放,破坏模式的多样性、多变性及不可预测性成为现代深埋隧道支护的难题。结合西南某深埋、大洞径隧道,在支护规范的基础上提出适合本工程的支护形式：根据具体情况,支护措施应分为常规围岩段和应力破坏、岩爆段。常规段的支护主要包括喷射混凝土、钢筋网片和系统锚杆;应力破坏及岩爆段则应加强支护。     

燕山山脉某隧道地应力特征及岩爆预测与防治

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。为研究燕山山脉某深埋隧道的地应力特征及岩爆预测,对研究区地貌地层岩性、地质构造以及构造破碎带的地质过程进行分析,并在研究过程中选取典型部位,采用水压致裂法实测获得了工程区地应力资料,利用多种方法对隧道岩爆进行预测:(1)该隧道三个测试钻孔附近地应力分布较为稳定,无明显异常带,以水平主应力作用为主,隧道轴线与最大主应力方向夹角约17°,轴线选择方案可行,基本有利于隧道的稳定性。(2)该隧道施工过程中可能发生片帮现象或轻微的岩爆。经施工验证,开挖过程中实际岩爆特征基本与预测一致。