盆因拉隧道高地应力成因及岩爆防治措施研究

盆因拉隧道位于雅鲁藏布江峡谷区,受构造板块影响,地应力分布特殊,隧道的施工遇到较强烈的岩爆影响。本项目通过对隧道通过区的构造应力场进行分析,采集实测地应力数据,通过仿真技术分析预测隧址区的地应力分布特征;采用室内试验对隧道洞身处闪长岩进行矿物组分、结构特征分析;采用单轴压缩、三轴试验测试岩体力学指标,结合地应力数据及岩体力学参数、隧道开挖断面形状分析岩爆灾害发生机理,对隧道岩爆进行预测、评价,并提出采取"水压爆破、应力释放、加强支护"的措施,有效控制了岩爆造成的危害,为类似隧道的施工积累了经验。     

基于地应力场特征的川藏深埋隧道岩爆等级预测研究

地应力和岩爆是隧道动态设计的重要因素,针对川藏地区某深埋硬岩隧道地应力场特征与岩爆等级不明确的现状,提出基于地应力场特征的深埋隧道岩爆等级预测方法.采用基于神经网络替代模型的加速优化算法进行地应力反演,分析其主应力特征及与埋深的关系,并基于该隧道开挖过程中的弹性应变能特征预测该隧道开挖后的岩爆等级.结果表明,该隧道隧址...     

川藏铁路二郎山深埋隧道的地应力场反演分析

二郎山隧道是川藏铁路的控制性重点工程,隧址区的地应力分析对于铁路的选线和施工具有重要意义。本文通过工程类比分析和应力计算确定了边界条件及水平向对称梯度应力,综合应用CAD,ANSYS和FLAC3D三种软件开展了二郎山隧道深埋方案的数值反演,分析了沿隧道轴线的应力变化和分布特征。结果表明:隧址区全长范围内最大主应力总体上随埋深增大而逐渐增加;局部应力状态受地质构造影响较大,在结构面及岩性分界点附近有明显变化。     

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。     

中老铁路隧道软弱围岩大变形特征试验研究

针对中老铁路穿越琅勃拉邦缝合带引发的隧道大变形问题,采用室内外试验、数值模拟等方法,研究缝合带内5座隧道的围岩强度、地应力场分布规律、围岩松动圈范围以及隧道宏观变形破坏特征,提出相应的变形控制措施。试验结果表明:隧道群岩石平均单轴抗压强度约12.7 MPa,采用广义Hoek-Brown屈服准则换算得到岩体平均抗压强度约1.67 MPa;空心包体应力解除法测得隧道群最大主应力均为水平方向,且与隧线方向大角度相交,最大与最小主应力之比均大于1.5;声波法测得围岩松动圈范围为5.5～7.0 m,超过隧道洞跨的0.65倍;围岩变形最大水平收敛达600 mm以上,相比同类隧道,隧道群的变形量更大、变形速率更高且水平挤压收敛变形更为突出。数值模拟进一步揭示,隧道群围岩变形具有显著的非线性和非对称性特征,会进一步加剧隧道围岩大变形的发生。为此,提出隧道变形控制措施以调整隧道断面结构形式、改变施工工法及台阶长度、优化锚杆间距和方位以及加强拱架和锁脚强度为主。     

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。     

IPP-PNN模型在川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测中的应用

为了准确预测在高地应力、高地温铁路隧道中的岩爆灾害,以川藏铁路前期拉林段的重要隧道节点工程为研究背景,系统、全面地总结应力水平、埋深、温度、围岩岩性及地质构造、岩体系统刚度等影响因素对川藏铁路深埋长大隧道岩爆的孕育作用,重点分析高地应力和高地温对岩爆发生的影响相关性。构建川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测指标体系,测试并量化岩体岩爆的倾向性指标。由于各影响因素与岩爆的非线性关系,选用能充分提取数据信息、处理多因素复杂非线性问题的改进投影寻踪(Improved Projection Pursuit,IPP)评价模型对川藏铁路拉林段典型高地应力、高地温深埋长大隧道桑珠岭隧道在施工期发生的岩爆问题做初步评价,并引入密度函数估计和贝叶斯最小风险准则,将IPP模型和概率神经网络(Probabilistic Neural Networks,PNN)模型相结合,实现对岩爆等级的聚类划分。研究结果表明：根据岩爆等级预测结果可知IPP-PNN模型预测结果相比于传统PP-PNN模型和GSA-PP模型其准确度更高,在对桑珠岭隧道11～19号隧道路段的岩爆预测中,岩爆预测等级与实测等级相符合程度由66.67%和77...     

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。     

秀山隧道水文地质特征分析研究

研究目的:玉蒙铁路秀山隧道受云南特殊地质构造影响和异常活跃的地壳运动作用,溶蚀管道与宽大裂隙发育,岩溶水、构造裂隙水相互混杂并形成复杂的地下水网络系统。通过对隧址区域工程地质与水文地质条件以及施工开挖揭示的洞身涌水特征进行系统分析研究,查清隧道涌水来源及其与杞麓湖的水力联系。研究结论:(1)通过对隧道洞身涌水量最大段落进行综合分析及水样同位素测试,表明地下水来源于隧址区接受的大气降水;(2)杞麓湖湖水与隧址区地下水在来源上存在明显差异,隧道涌水与湖水联系较弱;(3)隧道穿越曲江、杞麓湖两个水文地质单元,施工至不同洞段水文地质特征表现出较大的差异性;(4)本文研究结论可为同类地质环境隧道工程勘察设计施工提供参考借鉴。     

巴玉隧道施工中岩爆风险动态管控措施

针对隧道岩爆管控难题,结合川藏铁路巴玉隧道工程地质条件及岩爆特点,分析了岩爆的判别、规律及危害性。总结了针对隧道各级岩爆风险的动态施工技术,提出优化工程布置和开挖参数、提前释放围岩应力、完善直眼掏槽和水压爆破工艺、机械化配套施工等动态防控措施,确保了岩爆地段施工安全。本文可为类似高原高地应力隧道施工岩爆风险动态管控提供参考。     

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。     

山岭隧道大变形危险性评价的功效系数法研究

研究目的:山区铁路隧道地质条件复杂,构造作用强烈,软弱围岩大变形灾害频发,经常会引起支护结构变形、开裂甚至坍塌等,对其进行科学合理的危险性评价并采取针对性的防护措施具有十分重要的意义。本文通过综合分析大变形破坏特征及发生规律,构建完善的大变形评价指标体系。采用层次分析法和熵权法相结合综合确定各个指标的权重,基于功效系数法理论及计算规则,构建一种隧道大变形危险性评价模型,将其应用于成兰铁路杨家坪隧道大变形危险性评价。研究结论:(1)大变形与围岩洞壁最大主应力、岩石抗压强度、围岩强度应力比、岩石弹性模量、围岩级别、地质构造、地下水密切相关,评价指标总体反映了大变形发生所需的地应力环境、围岩性质和岩性条件;(2)结合层次分析法和熵权法,通过引入距离函数,综合主观赋权和客观赋权建立组合赋权规则,解决了单一客观或主观权重的差异性和片面性问题,使得大变形评价指标权重的确定更加符合实际、更具科学性;(3)本文模型评价结果的准确率达到90.9%,验证了模型的可行性和准确性,可为预防隧道大变形灾害发生、降低施工损失及安全运营提供科学依据。     

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。     

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。     

成昆铁路保安营隧道大变形岩爆共生特征及成因分析

在高地应力环境下,成昆铁路保安营隧道硬质岩间夹软质岩地层中出现了大变形和岩爆共生问题,严重威胁了施工安全.本文在分析隧址区高地应力环境特征、岩性组合、岩体强度及岩体刚度特性等因素的基础上,对大变形和岩爆共生的特征及成因进行了研究,得出主要结论如下:(1)隧址区的极高地应力环境是产生大变形和岩爆的内动力地质条件;(2)薄...     

京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

结合京沪高铁西渴马隧道工程,建立三维数值计算模型,根据相关勘察设计资料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力和塑性区等方面分析围岩的受力特征;从喷射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护结构应力特征。通过对现场典型断面实测,计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应力2.41 MPa,表明现行支护参数满足安全性要求。     

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。     

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。