基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测研究

岩爆是深埋长大隧道面临的主要地质灾害之一,其“孕育-发生-发展”全过程异常复杂,使其成为地下工程中的世界性难题。准确反映地应力变化规律以及区域内地质构造影响,结合实测资料进行岩爆分级预测,对保障隧道前期勘察设计及后期安全施工具有重要意义。根据隧道工程地质资料,通过COMSOL Multiphysics和Rhino建立三维数值计算模型,反演分析得到整个区域的初始地应力场。在综合分析影响岩爆关键因素的基础上,从“储能性-倾向性-突发性”研究角度,选取岩石单轴抗压强度与围岩洞壁最大主应力比(σ_c/σ_max)、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比(σ_θ/σ_c)、岩石强度脆性系数(σ_c/σ_t)及岩石弹性能指数(W_et)作为评价指标。采用熵权法确定指标权重,运用功效系数法加权计算总功效系数值,构建了一种基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测模型,并将其应用于川藏铁路桑珠岭隧道。研究结果表明,该模型具有较高的准确性和可靠性,为类似深埋长大隧道岩爆预测提供了一种新的参考。     

岩爆与围岩分类

岩爆是高地应力条件下完整脆性硬质围岩失稳的一种表现型式,岩爆烈度如何影响围岩类别尚不清楚,探索岩爆与围岩分类的关系,对准确判别高地应力条件下的围岩类别有着重要意义。本文以某深埋隧洞围岩分类为依据,对我国水利水电地下洞室围岩分类中岩爆烈度与围岩类别的关系、岩爆判别指标的选取等问题进行了探讨。     

深部硬岩矿山岩爆风险防控技术研究进展

为了解深部硬岩矿山岩爆风险防控技术研究进展,对国内外相关文献进行了归纳总结。首先,从事前避免岩爆产生、事中降低岩爆危害及事后规避岩爆伤害等3个角度提出了岩爆风险防控的总体思路。然后,根据该思路归纳了岩爆防控的技术类型,并详细分析了各技术的内涵及其防控岩爆的机制。最后,对岩爆风险防控技术的未来发展方向进行了展望。结果表明：现有深部硬岩矿山岩爆风险防控技术可归纳为采矿设计、卸压技术、岩层改性、岩体支护及人员暴露等5个方面。其中,采矿设计包括采矿方法、采场参数、矿柱留设、回采顺序、回采速率及空区处理;卸压技术包括卸压爆破、卸压槽、卸压巷、卸压孔及卸压缝;岩层改性包括水压致裂、约束爆破及注水软化;岩体支护包括表面支护、内部支护及组合支护;人员暴露包括再进入协议、远程设备及人员防护。未来可从不同类型及不同风险等级岩爆防控体系构建、新技术研发、防控时机及效果评估等方面建立深部硬岩矿山岩爆风险防控指南。     

陕南特长公路隧道水压致裂法地应力测量结果及工程地质意义分析

中国西部地区地势复杂,区域构造应力场各向异性显著,了解地区地壳应力状态是判断隧道设计阶段线路布设合理性的基础,也是预测隧道施工过程可能出现岩爆、断层滑动等其他工程灾害的重要参数。为了研究陕南特长高速公路隧道现今地应力状态,基于古仙洞隧道钻孔(ZK10钻孔)与化龙山隧道钻孔(ZK11钻孔)水压致裂地应力测量,获得了两隧道现今地应力分布特征。古仙洞和化龙山特长深埋隧道最大埋深处S_H值分别为13 MPa和22 MPa;古仙洞与化龙山隧道的应力关系分别为S_H>S_h>S_v和S_H>S_v>S_h,水平主应力起主导作用;S_H方向为近北西—北西西向,与区域现今构造活动背景基本一致,主要受秦岭造山带活动断裂影响。基于地应力测量结果、相关理论及判断依据认为:最大水平主应力方向与洞轴线夹角,有利于隧道围岩稳定,研究区内古仙洞与化龙山隧道的总体布置是合理的;采用岩石强度应力比法、陶振宇判据、Russenes判据和岩石应力强度比法综合判定研究区内两隧道不具备发生中等强度以上等级岩爆的可能;利用莫尔-库伦准则及拜尔定律,摩擦系数μ取0.6~1.0,对研究区内两隧道的现今地应力状态分析后发现,两隧道附近断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。      

岩爆现象

岩层或岩体中蕴藏的应变能,由于失稳而猛烈释放所引起的岩石爆炸,通常并伴有崩落岩片的散射现象。岩爆的触发往往与地震活动、断层滑动或地下开采的布局和进程有联系,     

城市闹市区物探技术和岩溶探查的进展及隧道施工时岩爆预报技术的突破

在城市闹市区的物探工作受到人、车等的振动和地电、电磁波的强烈干扰,因此目前物探难以在地铁及其他城市勘查中做面积性工作。陆地声呐法和微分电测深及C-1微测深仪在北京、济南、广州等闹市区的浅层勘查中取得了突破。探查单个中小溶洞是地质勘探的难题之一,在多处用陆地声呐等方法探查几十米深、直径1 m以上的溶洞,并得到了大量钻孔的验证,难关亦已突破。针对国际岩石力学界的重点研究难题——高应力情况下开挖地下工程发生的岩爆机理和预报,在四川锦屏二级电站用微震监测和陆地声呐法相结合监测微震事件密集发生部位、探查岩爆源位置进行岩爆预报,取得了好的效果和进展。     

引汉济渭秦岭输水隧洞越岭段主要工程地质问题

引汉济渭秦岭隧洞位于秦岭西部山区,隧洞自南向北,横穿秦岭山脊,岩浆活动频繁,褶皱形态复杂,断裂构造发育。隧洞埋深大,地质条件复杂,工程地质问题突出,本文着重分析和论述了对工程有重大影响的几个关键地质问题,即高地应力与岩爆问题、高地温与热害问题、放射性问题、围岩稳定问题、隧洞施工涌(突)水、涌泥问题、软岩变形问题等问题。     

TBM法用于金属矿山深部开拓巷道的风险分析及应对措施

国内金属矿山深部采矿,采用钻爆法工程工期很长,不确定的各项风险较大。TBM法施工速度快、安全、质量好,在水利、市政、公路等运用已很广泛。“四新技术”的不断应用,设备的不断改进,国产TBM性能和质量不断提升,施工成本也大幅降低。但是TBM法开拓深部采矿巷道还没有应用,主要原因是矿山深部地质情况复杂,巷道断面不一,TBM适应性差。本文分析了TBM法用于金属矿山深部巷道开拓可能遇到的涌水、岩爆、高地温等风险,并对这些风险应对措施作了阐述。认为采取措施后可以消除这些风险,TBM机可以在金属矿山深部巷道中试验应用。     

川西郭达山隧道水平孔地应力测量与工程意义

新建川藏铁路穿越鲜水河活动构造带,沿线构造应力场极其复杂,隧道围岩工程破坏问题突出。为了揭示该区构造应力场特征,为深埋隧道设计、施工提供基础参数,采用新型水压致裂地应力测量系统在川西郭达山隧道水平孔获得10段有效地应力测量数据,最大测量深度达508.10 m,创造了水平孔地应力测量最深记录。测量结果表明,在148.4~508.1 m测量深度范围,郭达山隧道水平孔截面上最大主应力值为3.59~13.72 MPa,最小主应力值为3.28~8.36 MPa。根据印模实验结果,除浅部钻孔截面上最大主应力倾角较大外,深部钻孔截面上最大主应力倾角近水平。根据地应力状态将0~280 m段划分为应力释放区,280~330 m段为应力集中区,大于330 m段为原地应力区。基于地应力测量结果对郭达山隧道水平孔围岩稳定性进行了预判分析,在孔深292.9 m、508.10 m处隧道围岩有轻微至中等程度岩爆可能,其余段无岩爆可能性。     

某隧道区地应力测量与岩爆分析

介绍了某高速公路隧道区2个钻孔(深度为280和567 m)的水压致裂法地应力测试结果,并就施工期岩爆发生的可能性和隧道围岩稳定性进行了初步分析。