深埋长大高速铁路隧道地应力测试及岩爆预测分析

岩爆是深埋长大隧道的主要地质灾害之一,对岩爆进行预测是保证隧道安全施工的必要前提.该文介绍了水压致裂法测试地应力的原理,对沪昆客专长昆段控制性工程之一的姚家隧道进行了地应力测试,并采用强度理论中的Turchaninov判别法和Russenes判别法进行了综合评价.分析结果表明:在测试深度范围内,最大水平主应力为3.6～12.5 MPa,最小水平主应力为2.1～7.8 MPa,最大水平主应力方向约为N34°W,与隧道轴线走向的夹角约为83°,对隧道围岩稳定性不利,姚家隧道有2段共400 m的长度内可能发生轻微岩爆.     

深埋隧道TBM施工岩爆特征规律与防控技术

川藏铁路隧道等深埋隧道工程的岩爆给TBM施工安全和掘进速度带来很大影响,这是亟待解决的技术难题。以埋深超过2000m的引汉济渭工程、新疆ABH工程为案例,与锦屏Ⅱ级水电站工程进行对比。基于现场大量数据分析,给出岩爆对TBM施工安全速度影响和时空特征规律;并结合TBM结构和工法特点,提出了轻微、中等、强烈3个等级岩爆的TBM施工防控目标,以及掘速控制、风险控制、时空控制、分级控制4个TBM施工岩爆防控准则;分别给出了轻微、中等和强烈3个等级岩爆的防控技术方案,从而构建了装备—掘进—支护三者协同控制的3-4-3-3分级岩爆防控理论技术体系,并在实际工程中应用。主要研究结果为:1)TBM施工速度轻微岩爆为无岩爆的70%～90%,中等岩爆为无岩爆的50%～70%,强烈岩爆为无岩爆的25%～50%;2)20%～40%的岩爆发生在开挖后10 h以内,10～24 h岩爆发生频率最高,90%以上的岩爆发生在24 h以内,9%的强烈岩爆发生在24～48h;3)超过30%中等以上岩爆发生在护盾至掌子面区域,90%以上的中等和强岩爆发生在掌子面后15 m以内,主动控制TBM进尺速度可使80%～90%的强岩爆控制在TBM护盾至掌子面区域。所提的技术方案已成功用于以下工程:1)新疆ABH工程,其中1台TBM已安全高效穿越了全部中等岩爆洞段,完成14 km掘进; 2)引汉济渭工程,岭南段TBM穿越了10 km岩爆洞段,在第2掘进段中穿越了2 km连续强岩爆洞段,强岩爆洞段平均月进尺达到110 m。     

山岭隧道岩爆起因及防治初探

以秦岭隧道工程为背景,分析了山岭隧道在开挖过程中岩爆的起因,提出了相应的防治措施,不但确保了施工安全,而且为类似工程的研究提供了可借鉴的经验。     

巴朗山隧道岩爆预测探讨

深埋(特)长隧道往往是道路工程建设中的瓶颈,其硬质岩的岩爆预测问题则往往是隧道勘察设计阶段的重点之一。岩爆的发生与否与隧道地应力量级及岩性有关,与地下水状况、隧道所处的构造部分、隧道轴线与最大主应力的关系﹑围岩的岩体结构等多种因素有关。因此,岩爆的预测既很有必要同时又相当困难。从多个方面采用多种方法对省道303线的控制性工程巴朗山隧道的岩爆问题进行了分析预测与探讨,为设计及施工提供指导。     

基于微震监测的深埋隧道岩爆预警研究

北武夷山高铁隧道是一座单洞双向隧道,隧道最大埋深达1 100 m,属于高地应力区。经岩爆倾向性研究,可能出现弱岩爆。为了预防岩爆造成人员伤亡和设备损坏,研究人员采用微震监测技术,在开挖同时配合微震监测,根据监测到的事件数和能量变化情况,对岩爆和片帮发生进行预警。当微震系统监测到的事件率和和能量率同时急剧增加时,说明岩体内部变化剧烈,发生岩爆等地质灾害的可能性大大增加。根据这一准则,研究人员成功预测了隧道开挖过程中的一次小型岩爆。研究成果如下： 1）总结了隧道施工中常见微震波形的特征; 2）佐证了事件率和相对能量释放率可以客观反映岩体内部剧烈变化的事实,对今后隧道等地下工程利用微震监测方法防治岩爆灾害具有重要意义。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法.在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区.同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性.     

鸿图嶂特长公路隧道岩爆预测与防治对策研究

从鸿图嶂隧道工程地质状况和应力场分布特征入手,采用数值模拟手段,通过对隧道开挖后的围岩应力场特征分析,结合岩爆发生判据,对鸿图嶂特长公路隧道全长范围内可能发生的岩爆状况进行了预测,并给出了相应的防治措施.     

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。     

深埋长大隧道风流温湿度的预测及应用

深埋长大隧道在施工过程中产生的湿热环境不仅对施工安全有着一定程度的影响,而且还会影响工作人员的身体健康。为了预先改善深埋长大隧道在施工过程中的热环境,根据隧道三维围岩温度场的理论数学模型,并将隧道潮湿围岩壁面在水分蒸发情况下的显热量和潜热量考虑在内,分别推导出隧道内风流在水平流动方向和倾斜流动方向的换热量,进而推导出隧道围岩内部温度的计算模型及隧道内风流温度和风流湿度预测的数学模型。通过数学模型编制出隧道内部风流温湿度的解算程序,并且基于隧道围岩内的热传导及隧道中风流的热湿交换对隧道内部风流温湿度的变化规律进行了模拟。结果表明:基于已知的原始参数并根据编制的解算程序可以分别计算出隧道内部不同时间段、不同隧道推进长度的风流温度和风流湿度;对隧道内部风流温湿度进行预测计算时可以将隧道入风口的温度作为预测计算的输入初值;隧道围岩壁面的潮湿率对风流的温度有着一定的影响;通过对在建隧道风流温湿度的实测与程序结算的结果对比可知解算软件在隧道施工热环境中的实用性和可行性。     

基于室内模拟试验的公路隧道岩爆预测技术

声发射振铃计数及声发射b值可反映脆性岩石内部微裂纹演化及破坏过程,因此在高速公路隧道围岩体稳定性和岩爆的监测预警领域中得到广泛运用.通过钻取大冶某高速公路隧道工程内大理岩岩芯,进行单轴压缩声发射岩爆模拟试验,并对岩爆模拟试验全过程的声发射振铃计数及声发射b值演变特征进行研究,发现两者在试验的不同阶段特征明显,其中:声发...     

苍岭特长公路隧道岩爆预测研究

文章从工程区的工程地质状况入手,结合前期的岩爆研究资料,阐述本阶段隧道开挖过程中岩爆预测所采用的方法,据上述方法对苍岭隧道的岩爆状况进行了更加深入的分析和预测,并在施工中加以验证。     

基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明： 在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势; 拱顶部位弹性应变能增加幅度为3.56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3.73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4.66倍,存在发生岩爆的可能。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

二郎山公路隧道岩爆及岩爆烈度分级

以川藏公路二郎山隧道工程实践为典型实例，对高地应力条件下岩爆的形成机制及岩爆烈度分级进行了讨论，并提出了各级岩爆的防治措施。     

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。     

苍岭隧道施工中岩爆理论预测研究

文章以在建的苍岭隧道为研究对象,主要对隧道在施工前后的K97 500~K98 060段进行理论上的岩爆预测研究;施工前,采用有限元分析手段模拟隧道的实际开挖方式,考虑开挖后洞周应力的最不利状态对该段岩爆状况进行首次岩爆理论预测;施工中,在对隧道开挖段已产生的岩爆规模不断拟合研究的基础上,获得更加符合现场实际的地应力场资料后,再次对掌子面前方未开挖段的岩爆状况进行更加准确的二次岩爆预测预报。     

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。     

基于BP神经网络隧道施工岩爆预测研究

通过综合分析和对以往岩爆判据的研究,将影响岩爆的因素分为三类:围岩岩性、初始地应力、开挖扰动。选取能反映以上三类岩爆因素的4种指标作为岩爆的预测参数,实现了岩爆的多因素预测:利用BP神经网络方法对信息进行大规模处理的能力及很强的鲁棒性和容错性,解决隧道岩爆及其多种影响因素之间关系复杂难以表达、各因素权重的分配不合理问题,实现了根据先验岩爆案例预测未来岩爆情况的目的。在预测模型计算方法的实现上,利用已相当完善的数学软件——Matlab及其神经网络工具箱。计算结果与施工实践对比表明:用该方法及模型进行岩爆预测是可行有效的。     

深埋高地应力水工隧洞地应力特征及岩爆脆性破坏深度预测研究

为解决高地应力情况下水工隧洞开挖时产生的岩爆问题,以新疆某高埋深水工隧洞为依托,并结合现场水压致裂法和钻孔套芯解除法测试获得的地应力数据。研究深埋引水隧洞区域地应力场分布规律,通过强度理论判断岩爆发生的可能性;在考虑高地应力与围岩开挖二次应力状态作用前提下,通过岩爆破坏区深度理论公式,结合现场数据计算出岩爆破坏深度。结果表明： 1）隧洞处平均初始地应力应力基本在23 MPa左右,最大水平主应力为28.6 MPa,属于高地应力隧洞; 2）三向主应力间的总体关系为σH（最大水平应力）>σZ（自重应力）>σh（最小水平应力）,属于σHZ（走滑型）初始地应力场,以水平构造应力为主导; 3）隧洞最大主应力与最小主应力之间差值较大,依据摩尔-库仑准则,表明该隧洞开挖的临空面会存在较大的剪应力,易引起隧洞发生岩爆; 4）在隧洞开挖过程中,隧洞将会发生中—强等级的岩爆,发生岩爆脆性破坏最大深度为0.68 m。