高地应力条件下隧道TBM施工岩爆分析

高应力条件下,地下工程在脆性岩体中施工很容易导致岩爆的发生。以N-J水电站大埋深引水隧洞为研究对象,首先采用应力解除法进行现场地应力测试,发现引水隧洞的地应力以构造应力为主,最大主应力达到了107 MPa,较高的地应力水平是导致现场岩爆发生的主要原因。为进一步分析引水隧洞岩爆规律,将地应力场转换至隧道局部坐标,在考虑地应力场剪应力影响的情况下,采用能量判据,通过数值方法计算得到了岩爆的分布范围。     

南水北调西线工程深埋隧洞岩爆分析及预测

岩爆是一种典型的地质灾害,如何对岩爆进行预测已成为地下工程领域研究的热点和难点问题。为评价南水北调西线工程深埋隧洞岩爆发生的可能性,提出采用岩性分析、地应力实测及有限元分析相结合的方法进行岩爆预测。在研究中,从工程地质的角度,基于隧道围岩岩性分析、现场地应力实测及地应力场的反演分析,对隧道开挖后应力场进行了有限元数值模拟,综合分析了西线工程隧道初始地应力场沿轴线分布规律以及隧道开挖后不同埋深处岩爆发生的等级。结果表明,该工程岩爆等级大部分为中等岩爆。     

深埋特长引水隧洞岩爆预测综合研究

以南水北调西线一期工程引水隧洞为例,依据工程区地应力的现场实测及地应力场模拟与反演,综合分析评价了隧洞工程区地应力和隧洞沿线围岩应力的分布规律,并在分析岩爆发生条件的基础上,根据工程区地应力、岩性等特征,采用多种岩爆判别方法,对引水隧洞围岩发生岩爆的可能性及岩爆级别进行了综合预测.     

小孟底沟水电站引水隧洞岩爆预测和防治对策

以小孟底沟水电站工程引水隧洞为例,依据隧洞区地应力的测试值及地应力场模拟与反演,综合分析了隧洞区地应力和隧洞围岩应力的分布规律,在此基础上计算获得开挖后洞周围岩应力值。在分析岩爆发生条件的基础上,根据工程区地应力、岩性等特征,采用多种岩爆判别方法,对引水隧洞围岩发生岩爆的可能性及岩爆级别进行了综合预测,给出勘察设计阶段隧洞产生岩爆的可能性及级别,从而为设计和施工提出应对岩爆的工程对策。     

太岳山深埋长隧道地应力场研究及其应用

山西省黎城至霍州高速公路的太岳山隧道属于典型的深埋长隧道,采用水压致裂方法对工程区ZK6勘探钻孔进行了地应力测试。测试数据表明：工程区原岩应力主要为水平构造应力,总体应力场特征呈典型的构造应力场类型,隧道围岩属高应力水平。基于实测结果,分析了水平主应力随埋藏深度的变化规律,并论述了侧压系数、侧压比与埋藏深度的关系。通过对初始应力场进行有限元数值模拟可得,实测值与回归值吻合较好,模拟结果也良好反映了该区地应力分布规律。在应力分析的基础上,探讨了地应力场与隧道轴线布置方向的关系、隧道开挖形状的选取和岩爆预测等工程应用问题。     

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞高地应力与硬岩岩爆分析研究

滇中引水工程香炉山隧洞属典型深埋长隧洞。通过钻孔地应力测试和三维应力场分析,隧洞区存在高地应力条件,采用岩石强度应力比法,以工程地质剖面图为基础,结合大地电磁测深EH4探测成果,综合考虑围岩岩性、地下水条件等,对可能产生岩爆洞段和岩爆等级进行分析预测。结果表明,香炉山隧洞岩爆问题总体不突出,产生岩爆可能性较大的洞段共有6段。研究成果为隧洞设计和施工提供了地质依据,并可为类似工程提供借鉴。     

深埋长引水隧洞TBM施工关键技术探讨

巴基斯坦N-J水电站位于喜马拉雅强烈构造影响区,受区域构造及地质影响,引水隧洞发育的大断层及次生断层众多,给工程的TBM掘进施工带来极大困难。结合工程实际条件和施工实践,总结了在深埋高地应力隧洞的TBM施工中应用的一系列关键技术,涉及TBM超前勘探,挤压变形灾害的预测与控制、岩爆防治及卡机脱困等,相关成果可供国内外类似地质条件下的工程设计和施工参考。     

某工程地应力与岩爆分析

在长大深埋隧洞工作中,会经常遇到地应力场与岩爆问题。岩爆不仅造成施工困难,而且对人员及机械设备带来安全的隐患。文章提出了有关岩爆的预测和预防建议措施,为工程设计和施工提供参考。     

基于微震监测的岩爆预警方法研究

以锦屏二级水电站深部隧洞为研究对象,采用微震监测技术,对卸荷作用下的深埋隧洞微震活动性时空分布规律及时序规律展开研究。基于现场岩爆记录与微震监测结果比对,探讨了岩爆与微震活动间的内在联系并提出深埋隧洞岩爆监测预警方法。监测结果表明:岩爆发生前具有明显的微破裂前兆特征,微震事件由空间无序分散逐渐向有序集中的自组织演化,微震参数包括累计事件数、微震能量密度、累积视体积及能量指数的异常变化均可作为岩爆预警指标。基于研究结果,提出高地应力条件下深埋隧洞岩爆监测预警方法,预测准确率达到８０．６％,实用效果较好并为此类地下工程的岩爆预测提供借鉴意义。     

深埋隧道岩爆影响因素及其预测研究

受自重应力影响,深埋隧道往往存在高地应力,岩爆是其开挖过程中常见的地质五灾害之一。影响岩爆的因素众多,一般认为与地质构造、地应力大小、围岩岩性、隧道埋深及施工条件等有关,需要综合多种因素共同考虑。总结已有研究,可将岩爆影响因素分为两类:一是岩石内部影响因素,二是岩石外部影响因素。结合岩爆案例及文献资料,本文归纳分析了影响岩爆的主要因素和特征,提出了相应的防治措施,为深入开展深埋隧道的岩爆孕灾机理、预测预警和防治措施研究提供了参考。     

锦屏超高压岩体水压致裂法地应力测试系统研制与应用

锦屏二级水电站引水隧洞上覆岩体一般埋深1 500～2 000 m,最大埋深约为2 525 m,具有埋深大、洞线长、洞径大的特点,为超深埋长隧洞特大型地下水电工程。最大地应力可达到70 MPa以上,在隧洞开挖过程中,由于存在超高的地应力,局部岩体出现了强烈的岩爆和变形,给隧洞的设计、施工及安全带来很大的困难和隐患。加上钻孔中经常出现岩饼现象,常规的孔径应变法和水压致裂法地应力测试难以有效进行。为了能够实测到深部岩体的地应力状况,开展了超高压应力状态下的岩体地应力测试方法研究,成功研制出了超高压水压致裂法地应力测试系统,并在锦屏工程中得到了实际应用,取得了良好的测试成果。此测试系统的成功研发,为将来在公路、铁路、水电和矿业等领域的超埋深超高地应力的测试提供了条件。     

拉西瓦水电站地下硐室岩爆现象典型实例分析

岩爆是地应力较高地区普遍发生的一种岩体失稳现象，拉西瓦工程位于中高地应力地区，隧洞开挖过程中发生了大量的岩爆现象，从量级来看，多属轻微岩爆，局部段为中等岩爆，对隧洞稳定及安全产生一定影响，采取了有效的防范处理措施。     

岩体原位试验新技术在水工复杂岩体工程中的应用综述

为解决复杂岩石力学问题,研发了复杂应力路径岩体高压真三轴原位试验技术及流变试验技术、岩体原位大尺度模型试验技术以及岩体破裂扩展精细探测技术等岩体原位试验新技术,并将其应用于白鹤滩柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性、锦屏二级引水隧洞高应力条件下深埋岩体力学特性、乌江构皮滩垂直升船机软岩地基长期变形预测等水工复杂岩体工程关键技术问题的研究。主要研究成果为:①针对高地应力岩体和地下洞室开挖复杂应力路径岩体的变形破坏问题,获得了柱状节理玄武岩、深埋大理岩考虑中间主应力影响的非线性强度准则的强度参数;②针对高应力、复杂应力路径条件下复杂结构岩体的流变特性问题,获得了深埋大理岩流变参数;③针对柱状节理玄武岩松弛特性及预应力锚固防松弛措施,实现了柱状节理玄武岩开挖松弛过程以及岩体真三轴试验破坏过程声发射精细探测;④针对构皮滩超高垂直升船机桩-软岩复合地基长期变形问题,获得了桩-软岩复合地基流变参数。该成果提升了岩体原位试验技术水平,发展了岩石力学基础理论,对解决水工复杂条件下的岩石力学新问题提供了技术支撑。     

基于微震监测技术的隧洞强岩爆预测实践

岩爆监测与预报是岩土界公认的世界性难题。锦屏二级水电站的引水隧洞的高地应力和复杂的地质结构导致了该隧洞群开挖过程中岩爆频发,对人员和设备安全造成较大的影响和潜在威胁。以锦屏二级水电站某隧洞开挖过程中强岩爆为例,介绍基于微震监测技术的岩爆预测方法。分析显示,监测系统可以采集到岩爆较为明显的前兆信息,通过人工分析处理后,可对风险区域进行较为准确的预测预报,为工程安全施工提供了重要的参考依据。     

基于3DEC的洞室开挖支护中错动带作用机制研究

西南某水电站泄洪洞上平段发育柱状节理玄武岩并被断层、错动带等不利结构面切割,具有断面大、地应力偏高、地质条件复杂的特征,尤其是以缓倾角为代表的错动带对地下洞室的影响不容忽视。结合左岸泄洪洞岩体物理力学及支护参数,采用3DEC三维离散元软件对错动带发育洞段开挖支护过程中洞室的应力场、位移场及塑性区进行了数值模拟,对开挖支护过程中应力应变变化特征进行了分析。模拟结果证明其支护方案可有效控制围岩的变形。     

某水电站引水隧洞岩爆可能性判别及预测

新疆某水电站引水隧洞开挖中发生多次应变型零星岩爆,主要表现为劈裂破坏后成层剥落,给工程建设和人员设备安全带来较大威胁。在区域地应力场回归分析的基础上,针对依据现有规范无法得到爆坑深度及对非圆形洞室判断结果存在一定误差的不足,引入了硬脆性岩体破坏预测准则(m-0准则)。在对该准则进行适应性判别后,采用所提方法和规范方法对该水电站引水隧洞剩余洞段岩爆可能性进行了综合判别。结果表明:采用m-0准则可对爆坑深度进行有效预测,剩余洞段岩爆主要以片帮和连续剥落的轻微岩爆为主,局部洞段具有发生中等岩爆和强烈岩爆的可能性。研究结果可用于该工程后续洞段开挖支护设计,另可为类似深埋硬岩工程岩爆可能性判别提供一定的借鉴及参考。     

岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据,确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上,对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究,结果表明:即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程,此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大,当岩爆发生时达到最大值;TBM开挖过程可近似为准静态卸荷,受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小,围岩承载力也较强;而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷,爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大,同时其围岩储能能力相对较差。     

雅鲁藏布江峡谷段某深埋隧道岩爆特征分析

拉萨至日喀则铁路以隧道形式穿越雅鲁藏布江峡谷段。受区域地质环境的影响,区段内盆因 拉围岩内构造应力集中,施工过程中岩爆问题突出。在对现场地应力数据和隧道围岩物理力学特性参 数的实验测试的基础上,分析了盆因拉深埋隧道花岗岩、片麻岩和闪长岩围岩体的弹性应变能、强度和 变形脆性系数以及弹性应变能等指标,进而分析了围岩体岩爆倾向。利用ＭＩＤＡＳ有限元软件计算了隧 道洞壁最大切向应力,应用ＲUｓｓｅｎｅｓｓ和Ｂａｒｔｏｎ判据对围岩岩爆强度进行了评判。其中花岗岩具有轻微 —中等岩爆倾向;片麻岩具有中—强岩爆倾向,局部具有轻微岩爆倾向;闪长岩具有强岩爆倾向,局部具 有轻微—中等岩爆倾向。计算结果和施工监测结果一致,研究结论为该区域类似工程施工提供了参考。