基于地应力侧压系数的青藏高原东南缘区域性岩爆预测研究

硬质岩发育的深埋长大隧道极易发生高地应力岩爆问题,有必要在工程大范围选线选址、初步勘察等阶段开展区域性地应力和岩爆的分析对比。区域地应力在同一构造体系内的侧压系数K值(水平主应力与垂向应力的比值)总体上与深度Z之间满足双曲线关系。利用该原理,对藏东南区域地应力测量数据进行统计和分区,并依据模拟的各分区侧压系数对区域性岩爆进行预测。结果表明:(1)藏东南地区由西至东3个分区的K值满足K_H=120/Z+0.95(雅鲁藏布江缝合带影响区),K_H=562/Z+0.52(三江构造带影响区),K_H=356/Z+0.75(龙门山构造带影响区),与其挤压、走滑、挤压的构造背景一致;(2)考虑岩石抗压强度为100 MPa和130 MPa的情况下,危害较大的中等及以上等级岩爆起始埋深分别为800 m和1 200 m左右,因此应注意减少该区域800～1 200 m以上深度的隧道长度。     

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。     

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。     

四川“Y字形”断裂交汇部应力场反演分析

以四川地区地应力实测资料为基础,采用地质过程数值模拟的三维有限元数值分析方法,对四川省"Y字形"断裂交汇部区域应力场进行反演分析,得到四川省"Y字形"断裂交汇部周围地区不同埋深的地应力分布情况及数值大小。区域最大水平主应力总体为NW向,但中部、东北侧部分区域有NE向出现。本区内埋深500 m最大水平应力为12.5~15MPa,1 000 m最大水平应力为26~30 MPa,1 500 m最大水平应力为38~44 MPa,2 000 m最大水平应力为50~57.5 MPa。同时,在前人对四川省地应力3个大区分区的基础上,根据反演得到的区域地应力大小及方向,又将"Y字形"区域各分为2~3个亚区,为该区域其他公路、铁路以及隧道工程的选线提供了参考资料。     

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。     

秦岭地应力特征及对隧道选址的影响研究

秦岭地区岩性、构造复杂,隧道选址和建设困难,其中以高地应力产生的岩爆病害最为严重。为减缓岩爆对秦岭地区隧道工程的影响,需掌握本区内应力场的分布规律。对秦岭地区越岭隧道(洞)等项目中具有代表性的110组地应力数据进行统计,并对地应力参数进行数学回归分析,得出秦岭地区最大水平主应力、最小水平主应力以及侧压系数随埋深分布的特征,并验证了构造应力方向以NW为主。以西渝高铁太兴山秦岭隧道为例,给出高应力环境下隧道选址建议。     

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。     

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。     

谷竹高速公路大坪山隧道地应力特征及岩爆预测

基于大坪山隧道的工程地质条件,根据现场实测地应力,采用三维有限元分析法反演得出隧址区的初始应力场,计算结果表明,隧道轴线纵剖面处于中等应力水平,有发生中等岩爆的可能性.以此为依据,结合室内岩石试验,采用Russenes判据、Turchaninov 判据、R b/σ1判据及陶振宇判据等4种国内外有代表性的判别方法进行综合预测.预测结果表明:较深埋的硬岩段将产生低—中等岩爆,埋深900 m附近坚硬完整白云岩段可能出现强烈岩爆.     

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。     

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。     

西成客运专线福仁山隧道地质勘察

通过对西成客运专线福仁山隧道地质条件的分析,研究总结了福仁山隧道可能存在的地质问题。根据地应力测试结果,该隧道埋深300～500 m围岩中存在中-高地应力,埋深大于500 m的围岩中存在高地应力,局部地段存在极高地应力,有发生中等岩爆的可能。在洞身大理岩岩溶发育及部分隧道浅埋地段,产生突、涌水(泥)的可能性较大。隧道通过断层破碎带、褶皱核部、地层接触带、长大密集节理带等地段时,施工时极有可能出现坍塌等围岩失稳现象,针对以上问题,在设计及施工中应加强超前支护且及时衬砌,并加强排水措施。     

成贵铁路川南、川西南浅层天然气勘察

研究目的:成贵铁路需穿越乐山、宜宾红层地区多个油气田及含油气构造,浅层天然气严重威胁着铁路隧道、深基坑工程的施工及运营安全,本次勘察为查明本区天然气的产、储、运移的基本规律,为铁路工程设计提供依据。研究结论:(1)成贵铁路位于川南、川西南气田内,四川红层下伏三叠系、二叠系、震旦系地层中共发现9~11个产气层,工业气藏埋深806~2 358 m;(2)油气储集主要为裂隙-孔隙型,油气垂向运移、浸染上部盖层,使得浅表红层砂泥岩中普遍含有天然气,且在垂向上深度与含气量呈正相关关系,部分深大裂隙具有导气功能;(3)地面以下70 m可作为本地区瓦斯风化带界线;(4)通过隧道浅层天然气单位时间最大涌出量估算确定3座高瓦斯隧道、22座低瓦斯隧道;(5)线路选线采用桥梁、路基工程最优,如以隧道形式通过,应采用浅埋、短隧道群并绕避气田核心区,选择矮小丘包、傍山地段通过;(6)本勘察成果适用于天然气地区的线路、地下工程、深基坑(井)勘察施工。     

铁路岩体初始应力场评估的探讨

研究目的:在实际工作中,根据地应力资料进行评估,铁路绝大部分隧道都处于极高地应力、高地应力状态,引发围岩调整、工程措施加强,从而会引起投资大量增加,甚至在分析隧道衬砌开裂和变形的原因时引发大的争议和混乱,但实际已开挖的隧道发生岩爆、大变形的工程案例却是极少数。本文通过岩体力学理论、地应力资料、工程案例并结合相近行业有关规定,对铁路规范中的铁路岩体初始应力场评估进行探讨。研究结论:(1)铁路规范对初始地应力场的评估不符合实际,应修改,初步判定实测地应力大于30 MPa时,岩爆发生的可能性增大;(2)对初始地应力场的评估结论应慎重,引发的增加投资应纳入动态设计;(3)勘察设计阶段的地应力测试应合理、适当;(4)该研究成果可应用于铁路规范修改及隧道勘察。     

旁压试验确定水平基床系数方法研究

研究目的:水平基床系数是地下工程设计的重要岩土工程参数,决定地下工程的经济性、安全性和可靠性。旁压试验是一种先进的原位测试技术,在岩土工程勘察中应用广泛。通过本文研究,拟建立旁压试验确定水平基床系数的方法,并通过对比试验研究建立旁压试验确定水平基床系数与静力触探贯入阻力的经验关系。研究结论:(1)本文建立的旁压试验确定水平基床系数方法考虑了基础尺寸的影响,试验结果与"梅纳法"和"日本法"较为接近;(2)规范经验值与本文建立的方法、"梅纳法"及"日本法"的试验结果相比显著偏小;(3)通过对试验数据进行统计分析,得出旁压试验确定水平基床系数与静力触探贯入阻力的经验关系式:黏性土,K_(h1)=12. 84p_s~(1. 61);砂性土,K_(h1)=6. 58q_c;(4)本研究成果可为地下工程勘察与设计提供借鉴或参考。     

中浅埋隧道综合物探勘察模式研究

研究目的:国民经济的迅猛发展对铁路的运能及运行速度提出更高要求,铁路等级的不断提升造成线路桥隧比的增加,隧道尤其中浅埋隧道的勘察成为铁路勘察中的重点。浅地表物探勘察方法较多,不同地质要求及勘察条件所采用的方法多样、效果不一,亟待综合考虑工期、地表条件、噪声干扰情况、地质目的及精度要求并兼顾工程造价等开展中浅埋隧道综合物探勘察模式的研究。研究结论:(1) 0～50 m埋深隧道以地震折射波法、地震层析法沿隧道平面线位贯通勘察,直流电测深法补充、核查;(2) 50～100 m埋深隧道以直流电测深法(高密度电法、直流激电法)或瞬变电磁法沿隧道贯通,地震折射波法补充、核查,复杂地段开展孔内综合测井;(3) 100～200 m埋深隧道以高频(音频)大地电磁法沿隧道贯通,在隧道进出口及垭口地段布置地震折射波法,复杂地质段结合钻孔开展孔内综合测井;(4)中浅埋隧道勘察受地表地质条件影响较大,野外施测必须密切结合现场实际,选择适宜的物探方法,建立合理、规范的中浅埋隧道综合物探勘察模式;(5)本研究结论适用于地质勘探领域,中浅埋隧道物探勘察。     

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。     

某地铁跨海隧道工程选线研究

研究目的:因海域具有范围大、地质条件复杂、水压高、海水腐蚀性强等特点,跨海隧道工程的施工、运营难度及风险均较大。因此,在项目前期广泛结合海域段地质、水文等条件,针对不同施工措施开展多方案、深层次的选线工作,对于降低后期勘察设计施工难度、减少投资、降低后期维护费用等方面起决定性作用。本文针对某线路穿越海域段不良地质条件,对不同工法所采取的地质选线技术原则及具体选线方案进行研究,以期为跨海隧道工程的建设及运营创造良好的条件。研究结论:(1)在本次地质选线过程中,综合采用了物探调查、地质钻探及试验验证等勘探方法,查清了工程所在海域段的工程地质条件;(2)通过分析海域段地质条件,初步确定不同区域、不同地质条件下的施工工法,进而确定线路的走向和埋深;(3)分析对比5个线位方案穿过不良地层长度、施工工期、造价等方面的差别,得出线位1(盾构+矿山法)的方案优于其他方案,宜作为本线的推荐方案;(4)本研究成果可为其他类似海域选线工程项目的研究提供一定借鉴。     

孤峰平原区岩溶隧道工程地质问题探讨——以马判桥隧道为例

为了解决孤峰平原区岩溶隧道在勘察、设计和施工中常见的主要工程地质问题。通过马判桥隧道施工地质与勘察成果的对比、分析、研究,发现孤峰平原区岩溶隧道的工程地质问题主要有三个方面:(1)孤峰岩层平缓,卸荷严重,一般发育两组陡倾或垂直节理,张开度大,岩体被切割成码砌大块状,隧道顶板稳定性极差,易坍顶;(2)孤峰的形成过程,是水平岩溶长期发育的结果,因此峰体内岩溶问题突出;(3)孤峰平原区的围岩分级,数十米埋深的隧道,应以Ⅳ、Ⅴ级为主,埋深小于50 m的隧道,则以Ⅴ级为主。     

地质选线在格鲁吉亚铁路项目某段的作用

研究目的:格鲁吉亚现代化铁路KM 12+100~KM 13+600段初步设计方案采用隧道穿越Babi村古滑坡中上部,工程建设容易扰动该大型古滑坡,从而造成难以估量的损失。本文主要介绍如何在该地区采用遥感解译、地质调绘、地质勘探等综合地质勘察手段以查明Babi村古滑坡的各地质要素,分析其形成原因,并提出线路绕避建议。研究结论:(1)通过应用综合地质勘察方法,查明了该滑坡为主轴长约520 m、宽270 m的"倒梨形"滑坡;(2)确定了该滑坡类型属强震作用下形成的岩质切层滑坡;(3)使用"双管单动"钻探技术查明了滑动面的位置及对工程的影响深度;(4)结合勘察资料分析,初步设计方案存在较大的风险,提出向山内稳定基岩通过的线路绕避方案;(5)本研究成果对滑坡区域的勘察和选线工作有一定指导意义。