隧道岩爆预测与防治技术探讨

隧道施工中发生强烈岩爆,将严重威胁施工人员安全,影响施工进度,为减小岩爆对隧道建设的影响,岩爆预测与防治工作非常必要和紧迫。文章通过国内外资料调研、数值计算、现场实测分析等,归纳了国内外一些常用的岩爆判据和现场预测方法,并根据岩爆实例对岩爆判据进行验证,最终总结出了适合超深埋大断面隧洞施工的强至极强岩爆的岩爆预报及防治措施。研究成果可供类似工程参考。     

应变型岩爆三要素分析及岩爆势表达

 在已建立的应变型岩爆五因素综合判据基础上,通过现场地质调查、统计分析和运用关系矩阵法,对所涉多个因素和指标进行归类合并,形成包括最大切向应力 ,岩石抗拉强度 和岩体完整性指数 等3个主要独立参数的经验拟合表达式 ,用来表征岩爆趋势和强度(简称岩爆势 )。对岩爆强度的无、弱、中和强等4个级别,提出3个分级界限值(1.7,3.3和9.7)。概算深度H = 1 000和2 000 m(侧压系数 = 1.0)时 结果分别为3.3和6.5,相当于弱岩爆上限值和中岩爆中间值。工程实例检验应用进一步表明该岩爆势指标的科学合理性。     

岩爆防治与对策研究

结合浙江省苍岭隧道及福建祝源隧道岩爆防治及对策研究,提出相应的岩爆评价方法、步骤及判据、岩爆烈度的划分,同时就设计及施工阶段提出不同的防治对策。研究结果可以为深长大隧道开挖岩爆防治提供可资借鉴的方法。     

岩爆的研究现状及展望

总结了岩爆的规律与特征，在此基础上对岩爆产生的条件及机理进行了分析和研究，并对岩爆的烈度分级、类型和预测等进行了较为详细的论述，最后分析了岩爆的发展趋势，并对我国岩爆研究工作的重点提出了一些建议。     

变质岩地区隧道岩爆预测研究

结合浦南高速公路祝源隧道工程实例, 对岩石微裂隙 (片理 ) 发育、单轴抗压强度低的变质岩地区深大长隧道岩爆预测进行研究。研究结果表明, 针对该类型特殊地区隧道岩爆, 可以通过能量判据和应力判据相结合的方法进行科学预测。研究结果可为该类型地区的隧道岩爆预测提供可资借鉴的方法以及为安全施工提供技术支持和帮助。     

深埋引水隧洞岩爆预测及防治措施

岩爆作为深埋地下工程在开挖后常见的一种地质灾害,极大地威胁着施工人员和设备的安全。在全面分析岩爆影响因素的基础上,从众多岩爆预测判据中,有针对性地选取了Rb／σ1判据、陶振字判据和卢森判据对某深埋引水隧洞进行了岩爆预测,结果表明整个工程以中等岩爆为主,局部洞段会发生强岩爆,同时针对不同岩爆等级提出了合理的防治措施。     

深埋隧道岩爆灾害及其预防的关键技术研究

岩爆是深埋隧道建设面临的一类危害性极大的地质灾害,这类灾害制约了深埋隧道的建设并引起了学术界和工程实践的广泛关注。基于理清岩爆的特征和系统的总结岩爆灾害的预防技术的目的,通过对已有相关研究成果和工程实践经验进行了全面的总结梳理。结果表明,岩爆的影响因素非常多且机制复杂,工程实践中已形成了单一判据、复合多元判据及系统工程判据的多种预判方法。通过预测圈定岩爆的时间、地点、危险程度等,可在不同阶段有针对性的采取防治措施以降低岩爆带来的危害。     

有关岩爆问题的研究综述

岩爆的预测和防治是众所周知的难题,因不可预见的地质变化很难及时、精确地预测和防治.文章结合文献资料及对岩爆的研究成果,从岩爆的定义、类型、烈度分级、岩爆的影响因素岩爆的预测及防治措施等方面总结了我国岩爆研究的现状.     

未确知测度模型在岩爆烈度分级预测中的应用

 针对岩爆烈度分级预测评价中诸多因素不确定性问题,应用未确知测度理论并结合工程实际,根据岩爆的特点及成因,选取最大切应力sθ、单轴抗压强度sc、单轴抗拉强度st及岩石的弹性能量指数Wet,并以应力系数sθ/sc、岩石脆性系数sc/st及弹性能量指数Wet作为岩爆烈度分级的评价指标,建立岩爆烈度分级预测的未确知测度评价模型。以国内外18组工程岩爆分析初始数据进行分级判别,根据实际情况建立各评价因子的未确知测度函数,对其进行定量分析,并利用熵计算各评价指标的权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得出岩爆烈度分级预测的评价结果。并与模糊综合评判法、属性综合评判法、灰色聚类法、物元分析法及实际情况的结果进行比较。为进一步考察该模型的有效性与实用性,运用该模型对秦岭隧道工程的岩爆实例进行分析。研究结果表明：该模型判别预测结果与实际岩爆情况较吻合,且方法科学合理,意义明确,为岩爆烈度分级预测提供一种新思路。     

基于弹性应变能岩爆倾向性评价方法研究

 岩爆是深部矿产资源开采与地下工程建设中必须解决的关键科学问题之一。以岩石强度与整体破坏准则为基础,从弹性应变能是岩爆发生的内在动力出发,建立了岩爆烈度分级预测模型。研究表明：该模型考虑了原岩应力(地应力)、岩体完整性、岩石抗拉强度及泊松比对岩爆影响,反映了岩爆发生的力学要求、脆性要求、完整性要求及储能要求;揭示了岩爆既可沿洞室中心呈轴对称分布,也可揭示洞室不同部位的岩爆烈度会出现明显不同。针对无、弱、中等及高岩爆活动4个级别,提出了3个分级界限值(3、10和110)。利用已有的岩爆经典模型与本文模型,对国内一些重大深部岩石工程岩爆情况进行了预测,结果表明基于弹性应变能岩爆分析模型与实际情况吻合的较好。因而,弹性应变能的岩爆分析模型,对岩爆预测具有重要的意义。     

模糊概率模型在岩爆烈度分级预测中的应用

 岩爆是深部高地应力区岩石地下工程中的一种常见地质灾害,对其发生的可能性及其烈度分级预测是地下工程建设中亟待解决的重大课题之一。以模糊概率理论为基础,选取影响岩爆的一些主要因素,如洞壁最大切向应力sq、岩石单轴抗压强度sc、岩石单轴抗拉强度st以及岩石弹性能量指数Wet,并以sq /sc,sc /st和Wet作为评价影响因子,同时将岩爆烈度划分为无岩爆、弱岩爆、中岩爆和强岩爆4个等级,建立岩爆烈度分级预测的模糊概率模型。在此模型中,提出了模糊权重的概念,可充分考虑权重的模糊性。模糊概率模型不仅继承了经典模糊综合评判法的思想和优点,同时也克服了其在实际应用中评价影响因子权重取值的局限性,因而具有明显的合理性。应用该模型对冬瓜山深埋硬岩矿山、秦岭隧道工程以及某大型水电站地下厂房3个典型工程岩爆的实例分析表明,其预测结果与实际情况符合较好。为进一步考察该模型的可靠性与实用性,对国内外23个大型岩石地下工程实例进行计算分析,其预测结果与实际岩爆情况也相当吻合。由此可见,模糊概率模型为深部岩石地下工程岩爆预测问题提供了一种新途径。     

锦屏二级深埋隧洞构造型岩爆诱发机制与案例解析

全长超过16 km的锦屏二级深埋隧洞沿线经过不同的地质单元。在开挖过程中,岩爆的诱发受控于地质构造条件以及由其所导致的局部地应力场,其中与地质构造直接关联的构造型岩爆影响最为突出。系统总结国内外深部工程中岩爆研究的前沿成果,结合锦屏二级水电站深埋隧洞工程中大量岩爆案例所揭示的客观规律,将构造型岩爆进一步细分为端部构造型、滑移构造型和应变构造型岩爆。采用离散元程序和相关的岩爆风险评价指标,开展深入地岩爆案例反演和机制解译,揭示深埋隧洞工程不同类型构造型岩爆的发生机制,并分析该类工程环境下关键岩爆控制因素及各因素的控制机制。最后,针对不同类型的构造型岩爆,提出相应的防治方案,可以为类似工程提供借鉴。     

断层冲击地压发生的理论与试验研究

把断层冲击地压看成是断层带与上下盘围岩系统的变形失稳，建立了扰动响应稳定性判别准则，并对断层冲击地压的一个简单模型进行了解析分析。通过粘滑失稳模型，解释了断层冲击地压的间歇性。对断层冲击地压进行了模拟试验，解释了只有达到一定开采深度才可能发生冲击地压，证实了冲击地压发生的间歇性。     

岩爆物理模拟试验研究现状及思考

 岩爆受岩性、应力条件、开采条件等因素影响,发生机制极其复杂,而物理模拟试验研究岩爆具有独特优势。在总结前人研究成果的基础上,从岩爆物理模拟研究的试验仪器、相似材料、加载、开挖、支护和监测测量方法等方面,详细论述当前岩爆物理模拟研究存在的不足和未来的发展方向。主要得到以下结论：建立适合于岩爆的脆性相似判据并研制“低强度、高脆性”的相似材料,是岩爆物理模拟试验成功的基础;分别在理论上和试验方法上解决硬性结构面的相似性判别方法和制作工艺,是研究结构面型岩爆的关键;在保证加载的准确性和受力的均匀性基础上,研制大吨位的加载装置和可考虑复杂岩–机相互作用的TBM掘进机及钻爆法施工工艺,是研究不同岩爆影响因素的保证;开发能够与“硬岩”岩爆以开裂为主的典型变形破坏特征相适应的多元信息监测和测试系统,是成功解译岩爆孕育演化特征和规律的先决条件。研究结论将有助于改进岩爆的物理模拟试验研究现状,为建立岩爆风险的合理评估、准确预测及防控方法提供科学依据。     

基于改进的灰评估模型在岩爆中的预测研究

岩爆是深部高地应力区岩体开挖过程中常见的一种复杂的动力失稳现象。由于影响因素众多,且各因素在岩爆的孕育过程中所起的作用尚不十分明确,可以将岩爆与其影响因素间的复杂关系当作灰色系统,利用灰色聚类方法进行研究。根据岩爆的成因及特点,选取洞壁围岩的最大切应力 、单轴抗压强度 、单轴抗拉强度 及岩石弹性能量指数 作为影响岩爆的主要因素,并以应力系数 / 、脆性系数 / 及弹性能量指数 作为评价指标,通过对灰色白化权函数进行优化,建立改进的岩爆预测灰评估模型。该模型解决了传统模型存在的灰类多重交叉性及不满足规范性等问题,理论上更完备。采用改进模型对国内外若干深部岩石工程岩爆初始数据进行研究,并与传统模型的预测结果进行对比,发现改进模型的结果与实际情况吻合更好,预测精度更高,从而验证了改进模型的有效性及实用性。研究方法为岩爆的准确预测提供一种切实可行的途径。     

地下深井矿山岩爆发生规律及形成机理研究

岩爆是一种动力失稳地质灾害。根据会泽铅锌矿麒麟厂矿区工程地质钻探和现场调查中所发现的岩芯饼化和穿脉巷道侧帮片状剥落现象。总结了该矿岩爆发生的基本规律；并根据调查和实验结果分析了岩爆的形成机理。为选择合理的深部采矿方法和岩爆控制提供了重要依据。     

深埋隧洞岩爆孕育规律与机制：即时型岩爆

论述深埋隧洞岩爆孕育过程的现场原位综合观测试验思路和方法,给出利用该方法观测到的岩爆孕育时空演化规律以及基于观测结果的关于岩爆孕育机制的认知成果。通过一系列现场深埋隧洞开挖过程中的多元信息综合观测试验,揭示深埋隧洞的即时型岩爆(隧洞开挖卸荷效应影响过程中的隧洞掌子面及其附近的围岩,开挖后几小时到几天内发生)的裂纹(萌生、扩展、张开和闭合过程)、变形、弹性波、声发射和微震时空演化规律及其在时空上的分布特征。通过对监测的微震信息进行矩张量分析,认识即时型岩爆中应变型和应变–结构面滑移型2类岩爆的孕育机制差异性：前者主要是拉张破裂引起,后者主要是拉张破坏、剪切破裂与拉剪–压剪破裂引起,剪切破裂主要沿着硬性结构面发生,形成爆坑边界。该研究成果为针对时空演化规律的深埋隧洞岩爆的预测和动态调控提供了重要基础。     

岩爆预测的模糊数学综合评判方法

采用模糊数学综合评判方法，选取影响岩爆的一些主要因素，例如地应力大小、岩石抗压和抗拉强度、岩石弹性能量指数，对岩爆的发生与否及烈度大小进行了预测。针对国内外一些岩石地下工程实例进行了分析计算，结果与实际情况符合得很好，说明岩爆预测的模糊数学综合评判方法的有效性。