高地应力隧洞微震监测岩爆预测技术

针对锦屏二级电站隧洞工程的岩爆灾害预测实际难题,结合隧洞工程地质条件及岩爆特点,探讨了微震监测岩爆的预测原理,分析了微震监测系统操作及其结果分析方法,并对锦屏隧洞进行了微震监测与岩爆预测。实践表明,采用微震监测技术可较准确地对岩爆发生位置、几率、规模以及烈度进行预测,能克服地质超前预报、既往探洞实测以及能量理论等方法进行岩爆预测预报准确性不高的不足,可以为进一步岩爆治理提供可靠依据。     

高地应力下大断面隧洞施工岩爆工程对策

针对大埋深且高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞施工高强岩爆等问题,结合隧洞围岩地质和山体条件,对隧洞岩爆形式和特征进行了分析。发现锦屏工程引水隧洞发生岩爆的岩性主要为条带大理岩和灰黑大理岩,围岩类别主要为Ⅱ～Ⅲ类,岩爆部位主要在拱顶及拱肩和隧洞边墙,并具有声响、爆落体和爆裂面等不同特征。提出了"短进尺、高压注水;调整施工工艺,合理支护;爆破解除应力"等一系列工程治理方案。实践表明,研究出的岩爆工程技术对策可以满足锦屏隧洞掘进工作面和开挖成形的洞身段的不同岩爆处理需要,能够保证施工人员、设备及工程结构安全。     

引汉济渭秦岭隧洞5号洞主洞段岩爆时空分布特征研究

以引汉济渭秦岭隧洞5号洞主洞段为工程背景,对半年内现场岩爆的统计资料进行整理分析,并结合微震监测技术探究了岩爆的时空分布特征,研究结果表明:岩爆的轴向和横断面分布特征受地应力影响作用较大,岩爆发生后,24 h内应力调整比较剧烈,调整时间一般为5 d。微震监测系统分析研究结果可以很好地解释现场实际岩爆的孕育规律和时空分布特征。此次岩爆时空分布特征的研究与现场岩爆贴合程度较高,可以为现场安全提供参考。     

秦岭输水隧洞的岩爆预测

论述了秦岭输水隧洞的地质特征。结合现场实测资料，从岩性和应力两个主要方面，对输水隧洞区产生岩爆的条件进行分析，并对发生岩爆的可能性进行判定及预测。     

软弱地层敞开式TBM大规模塌方成因及处理措施研究

综合应用TSP地震波检测、CFC超前探水和现场岩石的点荷载试验等多种手段,对新疆某引水隧洞敞开式TBM穿越软弱地层发生的大塌方原因进行综合分析,认为绢云母片岩和黑云母石英片岩在刀盘切削作用和震动影响下沿节理面和裂隙面岩层松动、错落,导致围岩大面积失稳坍塌。针对敞开式TB M穿越软弱围岩大塌方的成因,提出松散岩体初步加固,强化初期支护体系,建立喷射混凝土作业平台,建立刀盘覆盖层,塌方空腔回填的完整综合处理措施。敞开式TBM穿越软弱围岩大塌方段的空腔内部施作拱顶"保护壳"的处置技术,充分利用腔体内部空间,提高了拱顶保护壳的施工效率,成功指导了塌方段的处理和后续段的安全施工,可为类似工程提供参考。     

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。     

大埋深长大隧洞应力解除爆破技术

以锦屏二级水电站引水隧洞群施工遭遇强烈岩爆,严重影响工程安全和进度为背景,运用理论分析及现场试验等方法,分析了应力解除爆破原理,提出了中等岩爆以及较高级别岩爆的应力解除技术方案,并确定了炮孔参数和应力释放孔不耦合装药结构。进而采用由超声脉冲发射源向介质内发射高频弹性脉冲波,对应力解除效果进行探测分析。实践表明,提出的应力解除施工方案可以最大程度避免或大幅降低岩爆的发生几率、烈度与规模,具备对应力集中部位预测准确、应力解除到位、解除效果可靠的优点,能够有效地防止岩爆造成的破坏,并能够保证隧洞围岩稳定和地下结构安全。     

高地应力下特大异形断面隧洞塌方处理技术

针对高地应力下的锦屏二级水电站隧洞群施工中容易发生的塌方问题,对多洞交叉等难点地段塌方处理技术进行研究.通过对交叉口地段围岩地质、断面形状与几何尺寸及其变异、施工条件、多次施工扰动进行分析,结合隧洞施工理论及方法,得出对锦屏隧洞群施工过程塌方的影响因素主要有地质、断面条件、开挖方法和施工顺序等方面,提出了适合于锦屏特大异形断面"先固结塌方体、再低强度开挖,后加强支护"的总体处理方案,确定了塌方地段低强度开挖的控制爆破技术参数,给出了塌方地段开挖后的加强支护措施.实践表明,研究出的高地应力下施工塌方处理技术可满足工程实际需要.     

隧洞岩爆应变能释放机理研究

为进一步认识隧洞岩爆应变能释放机理,获得岩爆过程完整演化图像,定义弹脆性细观损伤模型和刚度退化迭代算法,并将其嵌入有限元程序模拟一个深埋隧洞岩爆发生过程。结果表明:岩爆发生过程为首先在洞壁母岩中形成"V"形剪切滑移带,并从中分划出楔形岩爆体;随后岩爆孕育进入临界状态;最终楔形体挤压破坏,导致卸荷释放应变能。岩爆孕育、演化发生包含丰富细观力学机制:岩爆区的分划机制——剪切滑移;滑移带中的细观力学机制——张拉破坏;岩爆的临界状态——楔形体的极限平衡;岩爆能量释放——楔形体裂隙带卸荷。楔形体位移监测表明:岩爆发生时,楔形体经历弹性外鼓、卸荷回弹及片状抛出3个阶段,片状爆裂发生在卸荷回弹阶段。     

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。     

锦屏引水隧洞岩爆特征及其影响因素分析

以锦屏二级水电站隧洞施工实际情况为背景,对岩爆灾害问题进行研究.通过对隧洞开挖过程中发生的岩爆数据进行统计分析,得出岩爆类型主要有剥落型和爆裂型两种,并具有声响、爆落体和爆裂面等不同特征.总结出钻孔时拱顶出现岩爆几率大、支护后岩爆几率稍小,强烈岩爆多发生在掘进工作面后方10～30 m范围内的岩爆发生规律.提出了岩爆发生的影响因素主要有地质条件、地应力、隧洞断面形状及几何尺寸等内部因素和施工方法、开挖顺序与强度及动力干扰等外部因素.     

隧道围岩差异性风化地段施工塌方原因及处治方法

由于地质情况本身所具有的不确定性,尤其围岩差异性风化,再加上设计施工认识不够等人为原因,导致隧道塌方时有发生。结合某城际铁路盘道岭隧道工程施工期间塌方情况及塌方段差异性风化的地质情况,分析了该隧道塌方原因,从而提出了处治该隧道塌方的方案。同时,在隧道塌方处理及处理后的过程中,对塌方段洞内及洞外均进行了监控量测。根据监控量测的数据结果分析,该隧道塌方处理方案是安全可靠的。     

秦岭隧洞椒溪河段工程地质条件及涌水特征分析

隧洞突涌水是山岭隧洞施工中遇到的主要地质灾害之一。秦岭隧洞下穿椒溪河段,隧洞埋深浅,岩性以大理岩为主,断裂构造发育,形成良好的富水区,隧洞穿越时发生3次大的突涌水现象。施工中先期安排地质超前预报,再实施超前水平钻孔进行验证,并利用超前水平钻孔进行双液浆预注浆。最终采用多种注浆形式对洞内突涌水进行处理,洞外河床修筑挡水围堰及防渗墙有效减少了洞内涌水,确保秦岭隧洞顺利通过椒溪河段落。     

引水隧洞突涌段变形特征及控制关键技术研究

深埋引水隧洞突泥突水洞段注浆固结圈与初期支护结构作为协同承载结构,其荷载分担与变形控制对结构和施工安全有重要作用。为研究深埋引水隧洞突涌洞段围岩与支护体系稳定性,以滇中引水狮子山隧洞为工程依托,通过现场对围岩-支护监控量测与第二层型钢拱架受力监测,结合施工工况动态分析围岩-支护体系受力与变形,研究总结突涌段施工变形控制关键技术。研究结论:(1)深埋隧洞突涌洞段拱顶累计沉降17.4 mm,达预留值的17%左右;拱肩、拱腰累计收敛106.6 mm、98.1 mm,达预留值100%左右。(2)突涌洞段理论预测极限位移150 mm;现场监测评价设定阈值uo=100 mm,当达到2/3时,应采取加强措施。(3)最佳开挖方法为微台阶法。各级台阶长度控制在3 m左右,按“快挖、快支、快封闭”原则组织施工。(4)超前预支护管棚结构起到提高固结体刚度作用,较固结体提高约13倍。(5)双层支护结构强度、刚度增加,承载能力明显提高,施工安全性也得以提高。     

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.     

基于微震监测的高速铁路大跨度过渡段隧道开挖损伤区分布特性及演化规律

基于微震监测技术具有识别岩体损伤位置、程度和大小以及破坏进程的优势,以新建京张高速铁路八达岭长城站大跨度过渡段隧道为研究对象,在隧道地表与洞周布设微震测点,实现立体式、全方位的微震事件监测。根据监测结果,分析围岩损伤区分布特性及演化规律。结果表明:根据微震事件分布密度,可将微震事件分为高密度区、中密度区和低密度区;微震事件累计分布频率为60%的边界可作为高密度区与中密度区的交界,累计分布频率为80%的边界可作为中密度区与低密度区的交界;微震事件高密度区对应为围岩高损伤区,围岩高损伤区受围岩级别和隧道跨度的双重影响,给出基于这2个参数的隧道不同位置处围岩高损伤区深度预测公式;围岩损伤程度采用微震事件的平均矩震级参数标度;围岩损伤区深度与围岩变形之间存在较强的正相关性及阶段性。基于围岩高损伤区深度,进行预应力锚索(杆)设计,结合围岩变形结果,验证了锚索(杆)设计参数的安全性。     

红柳林至神木西支线铁路隧道塌方处理及防治措施

在隧道施工中,隧道塌方是常见施工风险,对隧道塌方进行处理、规范和防范,是隧道施工和配合施工中重要的课题之一。分析隧道常见塌方的机理与原因,针对隧道洞口、洞内不同塌方情况,提出相应处理措施。隧道塌方是可以避免的,只要全面详尽了解隧道区的基本地质情况,充分认识围岩特性、各种不良地质发展趋势、不利因素间的联系及其可能诱发的地质灾害,就能在设计和施工阶段,对可能出现的塌方采取合理的开挖和支护方法,就可把不利围岩段容易引发塌方的各种因素的影响降到最低限度。     

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.     

宜万铁路白云山隧道软弱地质岩溶富水段施工技术

软弱地质岩溶隧道的主要特点是充填软塑状黏土,岩溶、地下水、暗河发育,极易发生塌方、突水、突泥等地质灾害,结合宜万铁路白云山隧道采取的安全有效的施工措施,对软弱地质岩溶隧道施工方法进行探讨,首先利用综合超前地质预测预报手段进行预测;其次根据预测结果采用科学开挖支护及帷幕注浆施工技术对各类软弱围岩地段及点、线状出水段进行施工,取得良好效果。     

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。