锦屏二级引水隧道软化围岩法防治岩爆效果的数值试验与应用

锦屏二级水电站引水隧洞穿越锦屏山主峰山体,隧洞由于埋深大、高地应力,洞室开挖极易引起岩爆,因此探讨如何有效防治岩爆危害,确保施工安全是当务之急.以该T程为背景,通过数值模拟试验,分析了隧道钻爆法施工中采取喷水软化围岩措施对减弱岩爆或防治岩爆的效果.数值分析表明:围岩喷水软化后,隧道洞周主压应力峰值明显减小,主拉应力值也...     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆数值模拟

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象.在深埋隧洞的勘察设计和施工过程中,高地应力及其诱发的频繁岩爆,是影响隧道洞室稳定的重要因素之一.作为四川雅砻江锦屏二级水电站的重要的临时工程,施工排水洞在进入埋深1600m后就发生多次岩爆, 严重制约了工程的进展,为了研究岩爆发生机理与高地应力之间的关系以及更好地预测岩爆在隧洞内发生的位置,运用渐进破坏过程数值分析软件RFPA(realistic failure process analysis)对施工排水洞进行初步的应力分析,得出与现场实测相吻合的初始地应力拟合曲线.同时,隧洞开挖引起应力重分布而产生的围岩破坏的数值模拟也很好的印证了现场发生的岩爆情况,表明基于渐进破坏过程数值分析的RFPA可以真实地模拟高地应力下岩爆机理.     

高地应力区隧洞开挖效应动态仿真分析

高地应力下的隧洞开挖过程中，围岩将产生动态的变化。以锦屏二级水电站引水隧洞为例，采用非线性三维有限元法。对其动态开挖过程进行了仿真模拟，分析开挖后的围岩应力分布与变化规律、变形规律与特征以及塑性区范围，为合理设计和施工安全提供依据。     

岩爆动力学机理及其控制研究进展

岩爆是深埋隧洞开挖过程中发生的一种强烈的、具有破坏性和危险性的工程地质灾害.随着中国经济的快速发展,在水电、交通等领域遇到的深埋隧洞开挖问题越来越多,岩爆的影响日益显著.从动力扰动对岩爆孕育的影响、岩爆能量释放及耗散等2方面对岩爆的动力学机理进行了梳理;从室内动力试验、现场模拟试验、数值实验等3个方面总结了国内外的岩爆动力学试验;从微震监测、岩爆诱发振动的特性等2个方面归纳了岩爆动力效应监测与预报;提出应力解除爆破、控制应变能释放率、控制开挖动力扰动、柔性支护等4类基于岩爆动力机制的岩爆防治措施.并对岩爆过程的能量分配与控制、现场岩爆试验及岩爆预测进行了讨论与展望.     

N-J水电站岩爆区卸压技术的能量耗散率分析

为研究岩爆区卸压技术的能量耗散率,对巴基斯坦N-J水电站引水隧洞TBM施工的岩爆区进行钻孔卸压和爆破卸压分析,主要对108 mm直径钻孔的卸压应力释放、预裂爆破等情况进行数值模拟,模拟钻孔间距分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m时的孔内钻孔卸压和预裂爆破情况。分析结果表明:预裂爆破卸压法的能量耗散率最高可达到27%,而单纯的钻孔卸压法的能量耗散率最大仅为5.9%,因此预裂爆破卸压的卸压效果远好于单纯的钻孔卸压方法的卸压效果;对于预裂爆破法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势,对于单纯的钻孔卸压法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而减小,因此在生产现场应根据不同卸压方法布置合理的钻孔间距。     

南水北调西线工程深埋隧洞岩爆与地应力研究

在分析深埋隧洞岩爆破坏机制和地应力条件的同时 ,详细论述了南水北调西线工程主要引水线路区的现代构造应力场特征及主应力的大小、相互关系 ;根据地应力、岩性等特征初步评价主要引水线路区隧洞围岩发生岩爆的可能性     

N-J水电站岩爆区应力释放孔预裂控制的爆破分析

为了对N-J水电站引水隧洞岩爆区进行卸压分析,对施工区的SS-1砂岩进行岩爆倾向性试验,采用弹性能量指数作为岩爆倾向判断指标,试验结果表明施工区具有强烈的岩爆倾向,说明了进行钻孔卸压的必要性。运用扩展有限元方法对钻孔预裂爆破进行数值模拟,模拟不同抗拉强度的岩体(4、6、8、10 MPa)在不同钻孔间距(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m)的孔内预裂爆破情况,分析了爆破过程的能量耗散率、裂缝贯穿最小冲击力等。数值分析结果表明:预裂爆破能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势;岩爆区的计算冲击应力小于岩石极限动态抗拉强度时,爆破不会使钻孔壁产生压碎破坏;在施工现场应对钻孔间距进行合理布局,以保证良好的卸压效果。     

不同类型岩爆孕育过程中震源体积自相似分布的分形特征分析

岩爆严重威胁着深部岩体隧洞的施工安全,并造成大量的人员伤亡及财产损失。在深部岩体隧洞岩爆灾害的孕育及发生过程经常伴随一系列的微震事件;通过针对微震事件发生的时间、空间位置、数量多少、能量大小及震源体积分布等特征参数进行分析,有助于认识岩体的破裂机制,进而为岩爆等动力地质灾害的研究与防治提供理论基础。采用理论分析与微震监测相结合的研究手段,基于锦屏Ⅱ级水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同类型（即时性应变–结构面滑移型岩爆、即时性应变型岩爆）、不同等级即时性岩爆的典型案例,针对岩爆孕育及发生的动态过程展开震源体积分布的自相似特征及分形行为研究。结果表明：深部岩体隧洞开挖即时性岩爆孕育过程中的微震源体积分布表现出良好的自相似性,其自相似系数均大于0.97;对于不同类型的即时性岩爆,其微震信息震源体积分形维数均随着岩爆孕育过程不断增加,岩爆发生时达到最大值的特征;应变–结构面滑移型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.1～0.8范围内,应变型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.4～1.3范围内,岩爆发生当天的分形维数均大于1.0。研究成果对高地应力条件下岩爆灾害动态预警体系的建立具有重要的指导意义,同时可为中国深部岩体隧洞开挖过程的安全设计提供必要的科学依据和支撑。     

大理岩磨擦试验及隧道掘进机刀具磨损分析——锦屏二级水电站引水隧洞工程

作者对锦屏二级水电站隧道掘进机施工引水隧洞沿线各大理岩岩组取样后在室内进了岩石的Cerchar磨擦试验,对试验结果进行了分级评价.通过对现场施工中的滚刀磨损数据分析表明,各大理岩岩组对刀具的磨擦性普遍较低,对刀具的正常磨损少,与磨擦试验结果一致;但由于隧道掘进机开挖过程中掌子面不平整,造成了大量滚刀的异常破坏.     

深部硬岩的力学特性与支护要求

以锦屏二级水电站深埋引水隧洞中白山组大理岩为典型,开展了常规三轴与真三轴加载试验、损伤控制加卸载试验,基于试验成果的综合分析,揭示了大理岩弹性变形特性、变形与强度的围压效应、脆延转换破坏特征及机制,并将其应用于指导深埋隧洞围岩支护设计,提出了快速提高围压、改变围岩破裂方式的深部硬岩工程支护设计理念,确立了及时进行表面支护、加固围岩、提高结构面抗剪强度及支护系统整体抗冲击能力的支护设计原则,研究结果对深入认识深部工程围岩的高应力破坏机制、针对性地制定岩体破坏防治策略具有重要指导意义。     

渗流－应力耦合下深埋引水隧洞变形稳定性分析

隧洞开挖过程中,地下水渗流作用引起围岩应力重分布,其对围岩稳定性的影响不容忽视．依 托日照市沭水东调引水隧洞工程,基于渗流－应力耦合理论,利用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ有限元分析程序,对 有无渗流作用下隧洞的开挖过程进行仿真分析,得出了隧洞开挖过程中围岩孔隙水压力分布及围 岩变形规律．计算结果表明：开挖使一定范围内的围岩孔隙水压力降低,并导致围岩内孔隙水压力 呈环形带状分布;渗流－应力耦合下围岩位移空间分布规律与未考虑孔隙水压力时相似,耦合作用 对拱顶的竖向位移影响最大．     

爆孕育过程的微震源事件空间分形行为

为了分析岩爆过程中微破裂事件的自相似特征,提出微震源事件空间分形计算方法.运用该方法,针对锦屏山水电站TBM及钻爆法2种不同开挖方式下,岩爆灾害孕育及发生所获得的微震信息进行研究.结果表明:对于深部岩体隧洞施工过程中发生的岩爆灾害,微震事件的空间分布是具有分形结构的;微震事件空间分形维数具有随着岩爆的孕育过程不断减小,当岩爆发生时达到最小值的特征;TBM开挖方式下的微震事件空间分形维数分布在0.6~1.8的范围内,钻爆法开挖方式下分布在1.2~2.0的范围内;微震事件空间分形维数与微震能量释放之间表现出明显的反比例关系.     

复杂环境下引水隧洞控制爆破与液压劈裂破岩技术研究

为解决复杂环境下引水隧洞在坚硬岩层中破岩掘进的技术难题,保障引水隧洞安全快速施工,以深圳市石岩北清水隧洞工程为依托,将工程项目分为常规段和近接穿越段,分别研究了控制爆破与液压劈裂施工技术。在常规段控制爆破破岩施工中,对掏槽孔、爆破孔数量及排布、装药方式进行控制优化,结合工程减振措施,解决了坚硬岩石爆破施工中炸药用量大、振动速度超标、破岩效率低等问题,并取得了良好的爆破效果。在近接穿越段液压劈裂破岩施工中,在掌子面中部预设两个劈裂孔以增加临空面,采用水磨钻咬合钻孔开挖轮廓线,提高了破岩效率并保障了施工质量,最终以较小的施工扰动完成了引水隧洞施工。工程实践表明：采取控制爆破法施工,炸药单耗用量控制在2.5～3.1kg/m,日掘进里程由原本的2.4m提升至3.2m,达到了理想的岩石剥离效果;采用液压劈裂法施工,在近接穿越地铁6号线段未产生扰动,日掘进2.4～3.6m,具有较好的实施效果。控制爆破与液压劈裂相结合的施工方法,在类似工程中具有较高的应用价值。     

深部巷道岩爆预测及防治技术

岩爆是煤矿进入深部开采后出现的一种自然灾害之一,通过对深部巷道岩爆预测和防治技术的研究,控制或消除岩爆对矿井安全生产构成的危害,从而实现安全生产的目的．通过对平煤集团十二矿发生岩爆现象的统计分析、电磁辐射法预测预报岩爆危险性可行性、爆破卸压解危措施效果等多方面的研究,提出了岩爆的预测预报方法及防治措施,并在现场进行了工业性试验．通过现场的应用证明了电磁辐射法对岩爆的危险性进行评价及预测预报、爆破卸压措施防治岩爆发生是可行、有效的．     

深部巷道岩爆预测及防治技术

岩爆是煤矿进入深部开采后出现的一种自然灾害之一,通过对深部巷道岩爆预测和防治技术的研究,控制或消除岩爆对矿井安全生产构成的危害,从而实现安全生产的目的.通过对平煤集团十二矿发生岩爆现象的统计分析、电磁辐射法预测预报岩爆危险性可行性、爆破卸压解危措施效果等多方面的研究,提出了岩爆的预测预报方法及防治措施,并在现场进行了工业性试验.通过现场的应用证明了电磁辐射法对岩爆的危险性进行评价及预测预报、爆破卸压措施防治岩爆发生是可行、有效的.     

新城金矿深竖井开挖岩爆危险性预测

选取新城金矿新竖井-930 m以下6个水平的岩芯作为研究对象,从岩石力学性质、围岩应力状态、围岩条件3个方面选取8个评价指标,采用熵权法和逼近理想解排序法(TOPSIS法)建立了岩爆多指标综合危险性等级预测模型.采用数值模拟方法,分析了竖井深部开挖后围岩应力与弹性应变能分布;结合花岗岩三轴试验结果和地震学理论,从能量角度分析了竖井开挖后岩爆危险性.结果表明:岩爆危险性并非随深度线性增长,而是受岩石性质、岩体完整性、地应力环境、开挖引起能量积聚等多因素综合作用结果;新城金矿竖井深部施工具有强岩爆危险性,需加强监测并采取卸压措施.建议改变传统短掘短支工艺,采用柔性让压支护手段进行岩爆防控.     

光面爆破在草峪岭隧洞中的应用研究

针对草峪岭隧洞工程中不同特性的围岩 ,选用了不同的光面爆破开挖程序 ,确定了最佳爆破参数 ,保证了工程质量 .实践证明 ,光面爆破是隧洞开挖 ,特别是地质构造比较复杂地区隧洞施工行之有效的方法     

大型地下洞室群施工交通运输仿真分析

大型地下厂房洞室群施工交通运输是一项庞大而复杂的系统工程.介绍了基于生产线平衡原理而研发的大型地下洞室群施工交通运输仿真系统(UPCTS),可通过开挖和衬砌施工全过程仿真,对地下洞室群施工交通运输方案的可行性和优化进行量化评判,具有较强的实践性和拓展性.该系统应用于锦屏二级水电站引水隧洞工程,论证了其施工交通运输方案可行,并对运输方式与车辆型号提出了优化建议.     

沙湾隧洞数学仿真模型分析及开挖方式研究

通过对沙湾地下隧洞工程的数学仿真模型的分析,以Ⅳ类围岩典型断面为例,计算围岩位移、围岩应力、衬砌及锚杆应力等,分析不同开挖方式对隧洞围岩稳定性的影响,探讨优选隧洞的支护及开挖方式,验证设计方案的合理性。     

锦屏水电枢纽辅助洞工程岩爆现象分析及防治措施

通过对深埋长达隧道岩爆发生机理的分析,归纳了几种判定岩爆发生的方法．结合锦屏水电枢纽辅助洞工程岩爆现象的分析,根据现场预防、治理岩爆的实际经验,给出了锦屏水电枢纽辅助洞工程岩爆发生的原因和目前所采取的工程措施,为如何防止岩爆对工程带来的危害提供有效的实战经验,并为类似工程提供具有借鉴意义的施工经验和防治措施．