中条山深埋隧洞地应力及岩爆防治措施

介绍了中条山引水隧洞工程概况,为查明中条山引水深埋隧洞段初始地应力场,在钻孔内进行了水压致裂法地应力测量,根据地应力、岩性特征等分析评价隧洞围岩地应力及产生岩爆的可能性,建议本段隧洞在施工过程中采取应力释放钻孔、超前导洞、围岩加固等防治措施。     

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。     

隧洞围岩稳定性及支护时机分析

通过荷载释放法计算确定某水电站尾水隧洞的最佳支护时机,并依据该最佳支护时机分析毛洞开挖和采用拟定支护措施下围岩整体稳定情况。结果表明,洞室开挖过程中洞周应力释放,围岩应力重分布;随着围岩荷载释放率的增加,洞室最大变形量也有所增加,围岩应力释放率达到70%时,测点变形增量显著增加,此时为该深埋隧洞的最佳支护时机;相较于裸洞开挖,施加喷锚支护能改善隧洞整体应力变形和塑性区的发展,同时又可很好地控制支护成本。     

玉瓦水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

以玉瓦水电站引水隧洞的钻爆开挖为例,选取一典型开挖断面,利用三维动力有限元数值软件(LSDYNA)模拟分析了隧洞围岩在爆破开挖过程中的损伤演化过程,重点研究了围岩中实际存在的节理面以及初始地应力场对于爆破损伤演化特性的影响。研究结果表明:爆破开挖过程中,垂直于节理面方向上的损伤受到了抑制,而平行于节理面方向上的损伤被加剧;在较低地应力条件下,初始地应力场有助于减弱爆破损伤的发展。     

深埋巷道开挖爆破中围岩振动响应特征的监测研究

深埋巷道处于高地应力区,在爆破开挖过程中卸荷强烈,极易诱发岩爆等动力灾害。在岩体内部和表面埋设振动传感器,监测研究深埋巷道的转弯段爆破开挖过程振动信号传播及影响,以及内部围岩和表面岩体对爆破振动响应特征的差异。结果表明,除岩体质点距开挖面的距离外,二者之间的空间位置关系也是影响质点最大振动速度的重要因素。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测

根据巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞地质构造和岩体赋存状况,采用套孔应力解除技术对深埋TBM隧道进行了现场地应力实测,进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影响区。岩石力学室内试验结果表明:砂岩的储能极限对卸载速率不敏感,在一定初始围压下基本为定值。在此基础上,从岩爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道围岩能量分布变化规律,预测不同埋深、不同地应力场条件下隧洞岩爆的级别及规模范围。研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新的思路。     

深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定性研究

在深埋隧洞开挖过程中,高地应力和结构面发育是控制洞室围岩稳定的关键问题。针对深埋高地应力引水隧洞节理围岩稳定问题,以新疆某深埋高地应力引水隧洞为工程依托,利用水压致裂法和三维水压致裂法对地应力进行现场监测与分析,采用离散元软件3DEC模拟围岩应力场、塑性区以及位移场的变化情况,研究了深埋高地应力下引水隧洞节理围岩的稳定性问题。结果表明:实测得最大主应力在12.4~12.9 MPa范围内,模拟得洞室附近出现0~2.1 m的塑性区,最大位移值为25.1 mm,最大压应力为13.2 MPa,最大拉应力为1.32 MPa,洞室的侧墙和拱底部位的塑性区、位移值较大且出现局部小范围拉应力。结合本文具体工况和实测地应力资料,通过强度理论的方法进行岩爆分析研究,由Russenes岩爆判别式得无岩爆发生,节理岩体处于稳定状态,但随节理裂隙发育,侧墙和拱底易出现破坏,建议采用2.5 m锚杆进行加固。模拟结果与实测结果较为一致,研究成果为工程施工提供参考。     

高地应力对结构面现场直剪试验的影响分析

抗剪强度参数是工程设计中的重要指标。结合锦屏二级水电站引水隧洞地应力测试及横观各向同性结构面的现场直剪试验,基于非线性有限元法,揭示高地应力及试验荷载作用下剪切应力分布规律,研究高地应力对结构面强度参数的影响。研究表明:现场直剪试件制备时,试验探硐围岩开挖卸荷将在试件预裂面上产生对称分布的正应力及剪应力;地应力释放将使直剪试件预裂面出现损伤破坏及细微裂纹,降低试件极限抗剪能力,引起抗剪强度参数的误差;反演分析表明,在考虑地应力释放情况下,结构面凝聚力可提高约11.65%。     

光滑接触条件下非圆形有压隧洞应力及位移解析解

考虑支护滞后的力学过程,并在衬砌与围岩为光滑接触的条件下,利用平面弹性复变函数法推导出非圆形隧洞在原始地应力和内水压力作用下的应力及位移解析解。根据衬砌内边界的应力边界条件及围岩与衬砌接触面上的应力和法向位移连续条件,获得了求解围岩和衬砌解析函数的基本方程。利用幂级数方法求解基本方程,再由此计算围岩和衬砌中的应力和位移,并且利用数值方法验证了所得结果。以直墙半圆拱形隧洞为例,分析了不同位移释放系数、侧压力系数和内水压力条件下的围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向应力及围岩与衬砌接触面上的法向应力分布规律。研究成果可为求解深埋隧洞围岩与衬砌的应力及位移解析解提供参考。     

高地应力区层状围岩斜竖井施工爆破数值模拟

为了解决层状围岩爆破开挖断面难成形以及层状围岩在爆破开挖时的超、欠挖的问题,运用三维有限元的分析方法,对布仑口-公格尔水电站斜竖井围岩进行了数值模拟分析.通过对掌子面周边围岩观测点数据分析,得出地应力对爆破震动的一些影响,以及层状围岩圆形断面隧洞最危险的破坏发生区和爆破震动波的传播规律,并对层状围岩圆形隧洞爆破超挖给出具体的建议,为层状围岩爆破开挖的施工和设计提供了参考思路和依据.     

爆破荷载对隧洞围岩稳定的影响研究

该文以数值模拟为主要手段,研究隧洞爆破开挖施工引起的围岩动力响应及其对围岩稳定性的影响.研究表明,隧洞爆破开挖施工时,爆炸冲击荷载会在短时间内造成围岩的破坏,随后主要以爆破振动的形式作用于近区围岩.     

露天边坡爆破施工对下穿隧道扩大段的影响

针对露天边坡与既有下穿隧道的协同爆破施工,为确保上部边坡爆破开挖作用下既有隧道围岩稳定与安全,以某石油储备基地扩建项目为工程背景,利用ANSYS 18. 0建立上部露天边坡与既有下穿隧道协同施工的数值计算模型,研究露天边坡爆破施工对既有下穿隧道扩大段的影响。结果表明:上部边坡爆破施工激发向下传播的初始纵波,随着距离的增加逐渐衰减,到达隧道拱顶自由面折反射形成面波而后在拱与边墙交点处产生叠加现象,导致面波向下传播的规律为先增大后减小。相比于隧道扩挖前,扩挖后隧道断面拱顶质点Z向振动速度峰值提高68. 1%,为7. 58cm/s;拱顶单元动态拉应力峰值提高150%,为0. 45 MPa。根据《爆破安全规程》要求,隧道围岩在上部边坡开挖爆破荷载作用下是稳定的。建议在实际施工中,将隧道扩大段的开挖时序安排在上部边坡爆破施工区域远离隧道扩挖段之后。研究成果对地下近接隧洞爆破施工及隧道扩挖工程具有重要参考价值。     

不同施工方法下锦屏大理岩隧洞松弛范围及微观破裂方式

TBM(Tunnel Boring Machine全断面隧道掘进机)法和钻爆法是地下工程开挖的2种主要方法,不同施工方法导致围岩的扰动程度、变形破坏、自稳性、加固措施均不相同,要准确把握这些宏观特征,必须从微观上分析岩石的力学特征。以最大埋深2 525 m的锦屏二级水电站引水隧洞为研究对象,对不同开挖条件下的大理岩进行了电镜扫描测试、松弛深度检测,分析不同开挖条件下岩石的破坏方式和松弛范围。试验结果表明:在岩石破坏断面形貌上,TBM开挖条件下的岩石断口多为沿晶面擦花和切晶擦花,破坏机理以剪切为主,而钻爆法以拉断破坏为主;在松弛深度方面,钻爆法开挖下的围岩松弛深度大于TBM开挖下的围岩松弛深度40～100 cm。以上试验成果为相似地质条件下的岩石破坏机理和加固措施提供借鉴。     

地面荷载和衬砌支护作用下浅埋隧道的围岩应力解

为研究地面荷载对有衬砌支护的浅埋隧道围岩应力的影响,在Verruijt研究复杂边界条件下浅埋隧道围岩应力问题的基础上,考虑隧道衬砌支护及地面荷载共同作用对浅埋隧道围岩应力稳定性的影响,求得了浅埋隧道围岩应力解并分析了多个因素对隧道围岩应力场的影响。结果表明:地面荷载越大,隧道腰部环向应力越大、底部环向应力越小;衬砌支护作用越大,隧道腰部环向应力越小、底部环向应力越大。地面荷载和衬砌支护作用不会改变浅埋隧道周边环向应力的分布规律及其受力最不利位置,但会改变其大小及作用方向。开挖过程中隧道拱腰处易出现土体失稳破坏。     

钻爆施工隧道围岩爆破损伤累积效应研究

为了合理选择施工方案并为设置安全防护措施提供依据,降低施工诱发地质灾害的风险,研究了隧道施工过程中掌子面多次爆破振动对隧洞围岩带来的累积损伤影响。首先,以质点振动峰值速度作为围岩损伤判定标准,根据围岩损伤程度利用强度折减法设置围岩力学参数,对理论公式进行推导。其次,通过软件进行多次爆破开挖的数值模拟,分析得到爆破损伤的分布规律和范围。最后,量化分析并拟合成果数据,对比不同围岩等级、不同部位爆破损伤的累积效应。结果表明:爆破损伤的累积效应非常明显,且与文献中的测试数据接近;掌子面前方的累积效应最大,其他部位较为接近;Ⅳ级围岩的爆破损伤分布范围最大,其次为Ⅲ级围岩,最小为Ⅴ级围岩;隧道施工过程中考虑岩体安全厚度、安全防护措施等内容时,应当计入累积损伤效应增大系数。研究成果可以广泛应用于水利、交通、矿山等工程项目中,为隧道掘进施工方案和防护措施制定提供数据参考,为安全施工提供保障。     

节理岩体隧洞开挖爆破损伤特性及爆破方案研究

隧洞爆破开挖不可避免地会对围岩造成损伤,影响围岩稳定。以玉瓦水电站引水隧洞的钻爆开挖为研究对象,基于三维动力有限元(LS-DYNA)软件,对隧洞围岩在爆破开挖过程中的损伤演化过程进行了模拟分析,重点研究了围岩节理面和开挖程序对爆破损伤演化特性的影响。结果表明:节理面的存在抑制了垂直于节理面方向上的爆破损伤而促进了平行于节理面方向上的损伤演化;爆破开挖程序、循环进尺和单响药量均对围岩损伤有显著影响,施工中采用分层开挖、减小开挖循环进尺、控制单响药量等措施,能够有效地抑制爆破损伤。研究结果对控制隧洞超挖及确保围岩稳定具有重要指导意义。     

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。