深埋长隧道地应力测量与岩爆预测分析
深埋特长隧道岩爆预测与防治分析
深埋特长隧道岩爆预测与防治分析1认识岩爆1.1岩爆什么是岩爆？大多岩爆是如何发生的？岩爆是一种岩体失稳，突然破裂的现象，属于特殊的地质灾害，具有突发性。
多发于岩体坚硬且完整的地质，大多是因为隧道在穿越高地应力地区，由于围岩的应力大于岩体的强度，开挖爆破致使岩体应力二次分布，突然释放岩体中的应变能，在岩爆的同时伴随碎体、块片的弹射和飞出，伴有震动和声响等等，危害极大。
1.2岩爆易发条件（1）隧道埋深大。
大量数据表明，当隧道埋深超出200m 深度时，岩爆有可能发生。
（2）某一区域地质构造活动越是强烈，那么该处地形应力越容易被集中，岩爆发生的可能性加大。
（3）工程实践中发现，工况中河谷岸坡陡竣并有突变时，严重影响着地应力的分散，为岩爆的发生创造了条件。
（4）围岩新鲜坚硬完整有利于地应力储存，该区域容易发生岩爆现象。
1.3岩爆易发时间通常情况下，开挖掌子面的当天岩爆最强烈，持续时间长短不等，大多为几天，如果不加以控制任其发展，持续时间有时长达数月一年不等。
岩爆出现的形式大多为爆裂，对于瀑布沟电站的岩爆，易发时间大多为半夜或上午，如果下雨雨量比较大时更容易发生。
2岩爆预测预测，即对开挖部位发生岩爆的可能进行测算，并预报岩爆的可能级别。
预测有利于预防措施的及时应用，通过对开挖部位的爆破方案、爆破技术参数及起爆网络类型等及时实施优化，以保证施工的安全。
目前，岩爆预测的方法有很多，常见的有：（1）岩爆临界深度预测法；(2) 施工地质超前预报法；（3）岩爆储能测试分析预测法；(4)b R θσ判据预测法；(5) 声发射现场监测预测法；（6）岩体电磁辐射监测预报法。
岩爆预测主要要完成的工作是测定单轴抗压强度R C值和地应力场中最大主应力 1 σ值，借此对岩爆特性进行鉴别，提出有利于爆破开挖施工的优化措施。
大量工程统计表明，当两者关系满足：，则容易发生岩爆。
国内许多专家和学者结合其多年的工程实践经验，建议了如表1所示的一组新的判别临界值：在大量的预测工作中发现，开挖卸载是导致围岩应力重新分布的直接原因，按照一定的比例γσ和呈现出同步上升，γσ和的上升过程中致使岩爆发生。
深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨
深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨摘要：岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力变化，原先储存的弹性应变能突发性急骤释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
也是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱致的次生地质灾害，岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。
随着埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出、严重，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来极大的安全隐患。
关键词：深埋；预警与防控1前言当高地应力硬岩区地下洞室开挖后，围岩往往呈现变形小而破裂多的现象。
轻微岩爆特征是围岩表层呈零星爆裂脱落、剥落状，爆坑深度小于0.3m，对施工影响较小；中等岩爆特征是围岩呈较严重的爆裂脱落、剥落状，具少量弹射，有一定持续时间，影响深度0.3～1.0m，对施工有一定影响；强烈岩爆特征是围岩大片爆裂脱落、具强烈弹射，破坏范围和块度大，影响深度1.0～3.0m，对施工影响大；极强岩爆特征是围岩大片严重爆裂，大块岩片出现剧烈弹射，震动强烈，破坏范围和块度大，影响深度大于3.0m，严重影响工程施工。
为此，开展岩爆微震监测、预警与防控技术可实时监测隧道开挖过程中岩体破裂的时空分布及演化特征，是目前深部硬岩工程岩爆监测与预警的主要有效的技术手段。
通过岩爆微震监测预警可以提前预警岩爆等级，根据预警结果，采取工程措施，降低岩爆风险，进而保障施工安全与施工进度。
2 岩爆微震监测预警的目的（1）岩爆是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱导的次生地质灾害，它具有很强的突发性、滞后性、延续性、衰减性、位置性。
随着隧洞埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来了极大的挑战。
①岩爆突发性：岩爆现象是一种高应力能量的突然释放，在发生前没有明显的预兆。
深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析
2017年第1期广东公路交通GuangDong GongLu JiaoTong总第148期文章编号：1671-7619 (2017)01-0045-05深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析彭仙淼(广东省南粵交通投资建设有限公司，广州510101)摘要：对于深埋特长隧道，岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。
准确地测量地应力，对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。
基于水压致裂法和室内岩体力学试验，研究了隧道围岩地应力状态，最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。
关键词：深埋特长隧道；地应力；围岩应力中图分类号:U456.2 文献标识码：B0概述地应力是指存在于地壳岩体内的未受工程扰 动的天然应力，亦称岩体初始应力。
它是导致地 壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至地震的根本作用 力。
精确测量地应力对于预测岩爆、地震等工程 地质灾害有着非常重大意义。
岩爆是岩体中聚积的弹性变形势能在一定条 件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来 的现象。
它是岩石破裂过程的一种失稳形式，是 深埋特长隧道的主要地质灾害之一。
测量地应力 是研究围岩变形破坏机理和设计相关防治方案的 基本依据。
某高速公路位于粤东地区,穿越莲花山脉，将 建成全长6 175m的特长隧道，埋深最大达739m。
本文基于水压致裂法和室内岩体力学试验，分析 研究了隧道围岩地应力状态，基于隧道地应力对 岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开 挖与支护方案设计提供依据。
1工程概况1.1工程简介该高速公路位于粤东地区，特长隧道是其控 制性工程。
隧道全长6 175m，最大埋深约739m。
隧址区受区域构造莲花山断裂带、莲花山断裂伴 生北西向断裂、桐子洋复向斜褶皱影响。
依据地 质调绘、遥感、物探及钻探资料，隧址区内分布多 条断裂。
1.2测试钻孔简介本次测试利用钻探孔CSZK14,使用水压致裂法进行地应力测量。
CSZK14钻孔地下水位约228m，钻孔靠近山脊部位。
米仓山特长深埋隧道地应力测量及分析
1 米仓山隧道概况
1.1 工程概况 米仓山隧道穿越米仓山国家森林公园和大小兰 沟省级自然保护区，隧道跨川陕两省，隧道全长 13813m ，四川境长 10894m ，陕西境长 2919m ，采 用四斜井两竖井四区段分段纵向式通风。全线采用 双向四车道高速公路标准建设，设计速度 80km/h ， 路 基 宽 度 24.5m 。 隧 道 建 筑 限 界 （ 双 线 分 离 式 隧 道）：净宽 2×10.25m 、净高 5.00m 。 1.2 工程地质
四川境
中子山复向斜
AK40+840L15钻孔 AK40+000L15钻孔 小坝向斜
AK43600L15钻孔 BK47400钻孔 大坝背斜 板岩 AK5ห้องสมุดไป่ตู้160L15钻孔
灯影组白云岩
石英闪长岩夹花岗岩、闪长岩等透镜体
汉中
泥质粉砂岩、粉砂岩 +1.2%/7102m -0.5%/6732m
巴中 火成岩，地质条件相对简单
沉积岩为主，地质条件复杂
图 1 米仓山隧道地质纵断面图
2 钻孔应力解除法原理和方法
钻孔应力解除法主要包括孔径变形法、孔底应 变法和孔壁应变法。前面两种方法在我国引用较 少，随着技术的发展，孔壁应变法得到大量引用。 顾名思义，钻孔孔壁应变法通过测量应力解除前后 钻孔孔壁的应变变化计算地应力。目前比较成熟的 技术是采用环氧树脂空心包体应变计和温度补偿技 术进行地应力测量。 2.1 空心包体应变计原理 本文采用空心包体应变计测量地应力， KX81 空心包体应变计结构如图 2 所示。该传感器由嵌 入环氧树脂筒中的 12 个电阻应变片组成的。将三枚 应变花（每枚应变花有四个应变片）沿环氧树脂筒 周围相隔 120° 粘结，然后再用环氧树脂浇注外层， 使电阻应变片嵌在筒壁内，外层厚度约为 0.5mm ， 在应力计的顶部有一个补偿应变片，以消除温度变 化对测量结果的影响。应变计的外径 35.5mm ，工作 长度为 150mm ，可安装在直径为 36 ～ 38mm 的小钻 孔中。测量原理基于三维地应力岩体的钻孔岩壁上 粘结弹性圆环层，假设岩体为线弹性体，当围岩被 套钻切割时，利用岩芯的弹性恢复反算地应力大 小。围岩应力 - 应变关系如下： Eεij= { K1( σx+ σy) 2( 1μ2) K2[ ( σxσy ) cos2θi+ 2t xysin2θi] m K4σz} sin j [ σxμ( σx+ σy) ] cos j 2( 1+ μ) K3 ij+ ij+ ( t t sin2j yzcosθizxsinθi) ij （ i=1~3 ， j=1~4 ） 式中： εij 为第 i 应变花第 j 应变片测得的解除应 变值； θi 为第 i 应变花对应的极角； j ij 为第 i 应变花
深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测
深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测刘建忠【摘要】采用有限元软件，数值模拟分析了相同侧压系数、不同埋深工况下的深埋隧洞围岩应力变化规律，初步判别了岩爆可能性及岩爆发生部位，对隧洞的设计及施工过程中岩爆的防治具有一定的指导作用。
%Through applying finite element software, the paper makes a numerical simulation analysis on changing law of the surrounding rock stress in deep tunnel under the working the condition of same lateral pressure coefficient and different depth, and prehminarily identifies the rock blasting possibility and possible rock blasting position, which has certain guiding role for preventing rock blasting in the tunnel design and con- struction process.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)014【总页数】2页(P166-167)【关键词】数值模拟;深埋隧洞;围岩应力;岩爆预测【作者】刘建忠【作者单位】内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司,内蒙古呼和浩特O10050【正文语种】中文【中图分类】U455.60 引言随着国家基础设施投入的不断增加，大量的地下工程开工建设，地下洞室围岩稳定性问题越来越为人们所关注。
而隧洞开挖过程中出现的岩爆灾害更是很大程度上影响着围岩的稳定性，岩爆不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效等问题，严重时还会诱发地震。
隧道施工中的岩爆与地应力控制
隧道施工中的岩爆与地应力控制隧道施工是现代城市建设和交通基础设施建设中不可或缺的一环。
然而，在隧道施工过程中，岩爆和地应力成为工程师们头疼的问题。
本文将从岩爆和地应力两个方面探讨隧道施工中的挑战和解决之道。
一、岩爆岩爆是隧道施工中最为常见的一种岩石突然破裂和炸裂的现象。
它具有突发性和破坏性，给隧道工程带来巨大的安全隐患。
岩爆的产生原因有多种，其中最主要的是地应力的集中和岩体结构的不稳定。
为了预防和控制岩爆，工程师们采取了一系列的技术措施。
1. 地质勘探在隧道施工前，对地质情况进行详细的勘探是非常重要的。
通过地质勘探可以获取隧道所经过的地层、断层和岩体的性质，为后续的施工提供科学依据。
2. 支护措施针对岩爆易发区域，工程师们采取了一系列的支护措施，如预应力锚杆、钢筋网、喷射混凝土等。
这些措施可以增强岩壁的稳定性，减少岩爆的产生风险。
3. 岩层加固对于易岩爆的岩层，工程师们常常采取加固措施，包括加固注浆、钻孔爆破等。
这些措施可以改变岩层的物理性质，提高其抗爆能力。
二、地应力地应力是指地下岩石或土体由于地球重力的作用而产生的力。
在隧道施工中，合理控制地应力对保证工程安全和施工质量至关重要。
1. 地下水位控制地下水的存在会对地应力产生一定的影响。
在隧道施工中，合理控制地下水位是减小地应力的一种有效方法。
通过排水井、拦水帷幕等措施，工程师们可以控制地下水位，降低地应力的作用。
2. 预支护在施工过程中，工程师们通过提前施工固结区域、加固矿体等方式进行预支护。
这样可以改变地应力的分布，减少施工过程中的变形和破裂。
3. 地下爆破技术地下爆破技术是减小地应力的另一种方法。
通过地下爆破可以改变地应力的分布，减少地应力对围岩的影响，并提高隧道开挖的效率。
结语隧道施工中的岩爆和地应力是一项复杂的问题，需要工程师们综合考虑地质、水文、力学等多个因素，采取合理的控制措施。
只有科学规划、认真实施，才能保证施工的顺利进行，确保工程的安全和质量。
五女峰特长隧道地应力测试及岩爆预测分析
西南公路 ＸＩ Ｎ ＡＮＧ Ｏ ＮＧＬ Ｕ
五女峰特 长隧道 地应 力测试及岩爆预测分析
孔 祥礼 韩家广 刘 伟
（ 吉林省 交通规划设计 院 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ １）
．
【 摘
要】 五女峰 隧道 是鹤 大高速公路 集安 至双辽 联络线 集安 至通 化段 的特 长 隧道 ，长度 为 ７ ． ９ ｋ ｍ左
１ ２ ３
西南公路
所 推荐 的水压致 裂法 。
２ 地应力测试及成果分析
目前 国内外 量测地 应力 的方 法较 多 ，主要有钻
孔形 变式 变形计 、钻孔应变计 、钻孔 包体压 力计 、 水 压致裂法 、声发射 等 ，各 种方法 的原理 、适用条
２ ． １ 地 应力测试成果
五女 峰隧道 Ｓ Ｚ Ｋ ０ ５ 孔 实际孔深 为 ５ ０ ５ ｍ ，静水位
（Ｐ ｔ ｘ） 花 岗片麻岩 、混合 大 理岩 ，侏罗 系上 统砬 门子组 （ １ ）角砾 凝灰岩 、凝 灰岩 ，和燕 山早期 钾
长花 岗岩等 。
１ 区域地质概况
１ ． １ 地 形 、地 貌
【 收稿 日 期】 ２ ０ １ ４ － ０ ９ － ０ ５ 【 作者简介 】 孔祥礼 （ １ ９ ７ ５ － ），男，吉林长白人，大学本科，高级工程师，主要从事工程地质研究工作。
法 地应力测量 １ ０ 个点 ，应力方 向测量 ３ 个点。１ ０ 个
压 裂段 中各 压裂段 的破裂压 力 、重 张压力 、闭合压
力 在各次循 环较清 晰 明确 。 由重 张压力 和闭合压 力 分 别计算 给 出各测 段处 的最 大水平 主应力 和最小水 平 主应力值 ， 测量 结果详见表 ２ 。同时 ，根据岩石 的 容重 （ 取岩石容 重 ２ ． ６ ５ ｇ ／ ｃ ｍ ）和上覆岩层 的厚度 ，
隧道地应力测试及岩爆预测研究 吴春耕
据测试结果可知，在北纬71度到东经86.7度为最主要的位置，是应主力最大的优势方位。其中钻孔所在的大小要比实际的低，水平主应力的最大值在22.88到23.46MPa范围内，而水平主应力最小值是10.77到11.71MPa之间。实际的测试结果表明，如果钻孔之间的距离过近，表示出的具体岩性基本相同，所以两孔表现出的实际应力状态也相似。
二、岩爆预测研究
针对以上的实验展开全面的调查，以此来确认准确的GSI值，然后在做关与岩爆的实验，运用相关的软件和适当的模型来对他的实际高度和宽度来进行准确的计算。研究岩爆预测将会遇到大量的知识，涉及的方面非常广，各种相关的专业知识，运用许多的专业公式和技巧，最好的是有专业的人员来对他进行分析和研究，这样的出来的结果会比普通的研究人员的结果更专业。
关键词：隧道应力测试岩爆预测研究
一、隧道地应力特征分析
隧道所在地区断裂的部分比较发育成熟，所存在的断裂为总体的格局构造提供了很大的作用，隧道周围的力的大小和他们的深度有着密不可分的关系，隧道的深度越深，他们的应力值就越大，当然如果隧道的深度很浅，他们的应力值相对来说就比较小。其中主要作用是控制作用，在隧道地内部布置两处钻孔，以此来展开我们的调查和测试。。
有以上结ห้องสมุดไป่ตู้可以看出，产生岩爆的位置大部分是在中部位置，经过计算他的应力值应保持在25到33MPa内，为典型的高地应力区域。同时隧道的应力值也是根据所处的环境和现场土地的构造和质地，周围墙壁的强度和地形条件。
地形也是影响结果的重要条件之一，在相同的地形条件下，离地表越近的所受的影响也就越大，对于那些在几百米深以外的自然而然所受的影响相对来说就比较小，这种结果表明发生隧道和岩爆的地区是局部的。在完全相同的条件下，地表的不同受的应力大小也不一样，他们每块岩石都有着自己的属性，他们的强度也不一样，就如同世界上没有两片完全相同的叶子一样，对于隧道和岩爆的地应力来说，他们是互不干扰的，但是最终的目的是一样的，所以他们到最后还是完全统一的。
隧道地应力测试与岩爆倾向性分析
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｃ ｎｃｕｓｏｎ Ｔｈ ｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｃｕ ｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ｗａ ｅ ｏ ａ ａｙ ｅ ａ ｄ ｅ ａｕ ｔ ｈ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｓ ｆｔ ｏ ｋ ｓ ａ ｃ ｏ ｌ ｉ ｓ： ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｆａ ｔｒｎ ｔ ｏ ｓｕｓ ｄ ｔ ｎ ｌ ｚ ｎ ｖ ｌ ａｅ ｔ ｅ ｔｎｄ ｎ ｉｕｓ ｅ ｓｏ ｒ ｃ ｃ ｈｅ ｏ ｔ ｕ ｓ ｆｏ ｅ ｔ ｎ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ Ｒｕｓｅ ｅ ｒｔ ｒｏ ｕ ｂ ｒｔｏ ｎ ｕ ｎ １ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｓ ｎ ｓ ｃ ｉ ｉｎ，Ｔ ｒ ｈａ ｉ ｏ ｒｔｒｏ ｅ ｕ ｃ ｎ ｎ ｖ ｃ ｅ ｉｎ，Ｈｏ ｋ ｃ ｉｅ ｉｎ ａ ｄ ｏｈ ｒ ｃ ｉｅ ｉｎ ． ｉ ｃ ｒｔｒｏ ｎ ｔ ｅ ｒｔｒｏ ｓ Ｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｅｗａ ｈ ｏ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｏ ｋ ｏ ｔ ｕ ｓ．Ｔｈ ａｉ ｎ ｌｅ ｃ ｖ ｔｏ ｔ ｄ ｗｏ ｄ ｂ ｈ ｓ ｎ ａ ｄ ｉ ｈｅｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｒ ｓｔ ｅ ｐ ｓｉ ｉｉ ｆｒ ｃ ｕ ｂ ｒｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｘ ａ ａｉ ｎ ｍｅｈｏ ｕｌ ｅｃ ｏ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔ ｃ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｅ ｅ ｓ ｒ ａｅ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｓｗｏ ｌ ａ ｅ ｈ ｏ ｓｒ ｔ ｒ ｃ ｓ ，ｔ ｅ ｎ ｃ ｓａ ｙ ｓ ｆ ｔ ａ ｕ ｅ ｕ ｄ ｂｅ ｔｋ ｎ． ｕ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ：ｇ ｏ ｎ ｔｅ ｓ；ｈ ｄ ａ ｌ ａ ｔ ｒｎ ｔ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ｒ ｕ ｄ ｓｒ ｓ ｙ ｒ ｕ ｉ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ ｍｅｈ ｄ；ｒ ｃ ｕｂｕ ｓ ｅ ｃ ｉｎ ｃｒ ｏ ｋ ｏ ｔ ｒｔｐｒｄｉｔ ｏ
隧 道 地 应 力 测 试 与 岩 爆 倾 向性 分 析
利用地应力测试评价隧道围岩的岩爆条件
１５ ．
９ ９ ．４ Ｊ ４ ３． ３
７ ３ ．３ ９ ６ ．６
９． ７ ０
９ ７ ７ ｌ ．８ ＪＯ
１ ４５ ２．
ＮＥ ５ ３。
４６ｏ ２ ． ０～４ ６ ６ ２ ．０
４７ １ ９． ２～４ ７ ７９ ２ １ ０ ６６
９． ６ ７
０ ９
时 加 强 现场 指 挥 ， 工 人 员 必 须 佩 戴 安 全 带 ， 防 滑 鞋 。２ 牛 腿 进 行 检 查 ， 现 异 常 及 时 补 强 。７ 注 意 天 气 情 况 ， 力 大 于 ６级 施 穿 ） 发 ） 风
上的操 作平 台边缘 要加焊栏杆 ， 用于 主梁行走 的小型机具 及构件 时 ， 不得进行 移梁工作 。 要 安放牢 固。３ 移动模架 中的施工用 动力 、 ） 照明线路必 须 由专业 ５ 结语 人 员敷 设 ， 经 常 清 理 检 查 ， 消 除 漏 电 、 路 隐 患 。４） 动 模 架 并 以 短 移 上行式移动模架造 桥施 工技 术在施 工 中还存 在造 桥机 重心 上应在 梁端 、 栏杆断开处及上下人行梯 挂好安 全网 。同 时应 配备 高 ， 设备过孔和不 宜大 风施工 等安 全问题 ， 要在 今后 的施工 中 需 消防器材 ， 以防止 因电焊作业 等原 因可 能引燃 防雨 遮晒篷 布 、 安 更 好 的 解 决 。 全 网等 易 燃 物 而 出现 的火 灾 。５ 浇 筑 混 凝 土 施 工 过 程 中 ， 须 安 参 考 文 献 ： ） 必
道 为万 源（ 陕川界 ） 一达州 （ 徐家坝 ） 高速公路关键性控制工程 ， 起
为了评价该隧道穿 越 区段 的地 应力 情 况 ， 在隧 道勘 察时 ， 布
点 位于陕西 省镇 巴县巴【 乡路 家河 ， ｌ Ｊ 终点 位于 四川 省万源 市梨树 置地应力测试孔 ２个 ， Ｉ 分别 在 Ｃ Ｋ ， Ｋ Ｚ ３ Ｚ ４钻孔 中进行 。
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Ｒ／
Ｍａ Ｐ
均 ／ 密 ／ｌ 值 度 Ｉ
胁 （－ｌ ｇｌ ） ｃ一 ｌ
疋／ 疋均 ／ 密 ／ 值 度
Ｍａ Ｐ Ｍａ （ ａ一） Ｐ ｇ ｎ’ ．
室内试 验结果表 明， 火山岩 平均 值为 ８ ． Ｐ ， ４ ８Ｍ ａ 变粒岩
平均值为 ９ ． Ｐ。隧道 围岩强度 高 ， 脆 ， 利于发 生岩 ２ ９Ｍ ａ 性 有
隧道工程区位于闽西北隆起 带之浦城一洋源 隆起东北部 ， 位于北北东一北东向政和一海丰断 裂带 、 邵武一河源断 裂带 以
及北西 向宁德一 武夷 山断裂的 区域 内 ， 岩石 主要为坚硬 的火 山
岩 和变 粒 岩 。
２２ 隧道 围岩岩石 物理 力学试验 ．
大量的研究 结果表 明 ： 程区岩体 的岩性 是决定岩爆 发生 工
长约 ４ｋ 沿线最 高海拔 １ ５ ｌ最大埋 深约 ６０ｎ， 深埋 特 ｍ， ０ｎ， ０ ２ ｌ属 长公路隧道 。
工程区地貌单元属 中低 山一丘陵地貌 ， 山势宏伟壮观 ， 山脉
整体为北东一南西走向 ， 与区内主要构造线 走 向一致 。区内 山 体相对高差 ２０ ０ ｌ山坡坡角 一般为 ２。 ０ ， ０ ～５０ｎ， ５ ～４￣地形 地貌成 因主要为构造侵蚀和剥蚀 。
果 见表 ２ 。
表 ２ 地 应 力 测量 结 果
图 ３ 测 点侧 压 系数 与 孔 深 关 系统 计 曲线
和 整体上随埋深增加而减小 ， 两者都小于 １表 明整个 ，
测 区地 应 力 场 以 自重 应 力场 为 主 ， 力状 态 为 ＞ 应 ＞ 。 埋
深大于 ４０ｍ后 ， 和 值 相对稳定 ， ７ 分别 约为 ０６ 和 ０８ 。 ．３ ．７ 侧压系数 的量值 和变化表 明， 随整个测 区以 自重应力场 为 主， 但仍有较强的构造应力 ， 整个测区地应 力主要受地形地貌 和 地质构造的综 合作用 。
Ｃ Ｉ （ ＳＲ ） ＳＲ Ｃ ＩＯ 型钻孔孔壁应变测量法 、 水压致裂测量法和岩体表
作者简介 ： 景
锋 ， 长江水利委 员会长江科 学院水利部岩 土力学与 工程重点试验室 ， 男， 工程师 ， 士。 硕
维普资讯
第１ 期 面应 力的应力恢复测量法。
合 理 的 开挖 方 式和 安 全 防 爆 措施 。
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பைடு நூலகம்
词： 深埋隧道 ；地应力 ； 岩爆 ； 水压致裂法
文献 标 识 码 ： Ａ
中 图 分 类号 ：Ｕ ５ ４５
１ 概 述
随着交通 、 水利水 电和能源等各类工程建设 的发展 ， 人类 的 活动空 间不断向地壳深部发展 ， 将兴建 各类深埋洞室 ， 如锦屏 二 级水 电站引水洞最大埋深 达 ２５０ｎ ０ ｌ 。越来越 多的工 程实例表 明， 随着隧道埋深 的增加 ， 地应 力也迅速增大 ， 地下工程施工期
景
锋等 ： 深埋长 隧道地应力测 量与岩爆预测分析
８ １
平主应力随埋深总体上呈线性 关系变化 ， 见图 ２线性 回归关 系 ，
见 式 （） ２。
应力， “
２ ００
水 压 致 裂 法地 应 力 测 试 是 利 用 一 对 可 膨 胀 的 橡 胶 封 隔 器 ，
在预定的测试深度封隔一段钻孔 ， 然后 泵入液体 对该段 钻孔施 压， 直至压裂， 根据压裂过程 曲线 的压力特征值计算地应力 。该
起硬脆性岩体在短时间内产生 的储 备弹性应 变能突然 、 快速 释
放， 并发生岩块剥落 、 弹射甚 至抛掷 、 突发性 的破裂 。岩 爆是 由
围岩 的岩体强度 、 围岩应力状态 、 岩体构造环境 、 工程布置和施 工工艺等多种因素综合作用 的结果 。其 中岩性 和地应力在岩爆 预测 中， 占有最重要 的位置 。因此 ， 进行围岩岩性调查和岩体试
４ 地应 力测试结果及分析
４ １ 地应 力测量 结果及 分析 ．
在进 行 水 压致 裂法 地 应 力 测 量 时 ， 虑 到 浅 部 地 形 地 貌 对 考 测量 结 果 影 响 大 ， 浅 部 测 量 结 果 对 研 究 隧 道 部 位 的 地 应 力 状 且
一
３Ｏ Ｏ
｛
训
态作用不大。因此 ， 仅进行 了 ２０ｍ以下深度 的地 应力测量 ， ０ 结
深 埋 长 隧道 地 应 力测 量 与岩 爆预 测分 析
景 锋 边 智 华 杨 火 平２ 刘 元 坤
（ ． 江 水 利 委 员会 长 江科 学 院 ， １长 湖北 武 汉 ４ ０１ ； ２ 长 江 水 利 委 员 会 长 江 三 峡勘 测 研 究 院 有 限公 司 ， 北 宜 昌 ４ ３０） ３０ ０ ． 湖 ４０ ３
Ｈ ＝ ０． １５Ｈ ＋ ０． ５ ０２ ９ ２３
ｄ ＾＝ ０ ０ ３５ ＋１ ７ ４ ． １ Ｈ ．５
（） ２
冒
图 １ 水 压 致 裂 法 地 应 力测 试 平面 应 力 状 态 示意
式中 Ｈ为岩体垂直埋深。 根据 Ｒ，一 （ 为岩 石单轴抗 压强度 ， Ｒ 此处取 为 ９ ａ ０ＭＰ ，
验， 并进行 现场地应力测量是研 究 围岩 变形破坏机理 和制定相 应加 固处理方案的基本依据 ｊ 。 某高速公路穿越武夷 山山 区， 将建 成长 约 ４ｋ 最 大埋深 ｍ， 达 ６０ｎ的深 埋隧道。本 文基于 室内岩石 力学试 验 ， 究 了隧 ２ ｌ 研 道 围岩 的物理力学性质 ， 通过 水压致裂法 地应力测量研 究 了隧 道 的地应力状态。最后基于隧道实测地应 力和围岩岩石力学性 质研究 的基础上 ， 利用多种岩爆判别准则 ， 对隧道岩爆发生 的部 位和等级进行了预测 ， 为隧道 的合理开挖 与支护方 案的制定提
图 ２ 最 大 和最 小水 平 主 应 力 沿 孔深 分 布 关 系
隧道 不同埋深条件下的地应力状 态可根据实测地应力和式 （） ２推算 。当隧道埋 深在 ２０～６０ｍ之 间时 ， 为 ５ ３ ６ １ ０ ０ ｄ ． ～１ ．
Ｍ ａ ｄ 为 ４５～ ． Ｐ ， ＂为 ５ ３ ３９Ｍ ａ Ｐ，＾ ． ９ ９Ｍ ａ Ｏ ｚ ． ～１． Ｐ 。
一
水压致裂缝沿 钻孔轴线及钻孔横截面上的最大主应力方向
起裂与扩展 ， 裂缝的方 向就是钻孔横截 面上的最大 主应力方 向。 ｄ 与 按下式计算 ：
＝
为隧道截面最大 主应力 ） 判断 ， ］ 当隧道埋深小 于５０ｍ时 ， ０ ，～ ＞７ 属 中低应力区 ； ｄ ， 隧道埋深大于 ５０ｍ后 ， ０ ４＜Ｒ，一 ｄ
表 ３ 岩爆 分 级 评 价标 准
处的压应力值基本相等时 ， 就是该应 力场下 的最佳形状 ， 其短 长
轴之比等于原岩在洞室截面上的两个主应力之 比。根据地应 力 实测和推算 ， 隧道 埋深 在 ３０～６０ｍ之间 时 ， 当 ０ ０ 洞室横 截而上
爆倾 向性 。为优化设计并指导施 工， 在该隧道 布置 了 １ 个深钻孔进行 了水压致 裂法地应力测量 。介 绍 了水压 致裂法地应 力测试原理 ， 分析 了实测地应力 ， 及其与地形地貌和 区域 构造的关 系， 并在地应力分析的基础 上进 行 了多种 方法的岩爆预测。研 究表 明， 当隧道埋深超过 ４０ｎ后 ， 发生弱到 中岩爆的可 能， ０ ｌ 有 在施 工 中应 采取
间进行 的岩体开挖 ， 破坏 了岩 体原始地应 力状态而 引起一 系列 与地应力释放相关联的变形和破 坏现象 ， 其不仅 恶化了岩体 的
工程条件 ， 同时也对工程建筑物造成直接危 害， 其中岩爆则是深 埋 长隧道 的主要地质灾害之一ｕ 。 ｊ 岩爆作为一种复杂的动力失稳现象 ， 是在 高应力条件下 ， 引
摘要 ： 岩爆等地质 灾害是深埋隧道施工 中常遇 到 的工程 地质 问题 ， 而地应 力测量 则是进 行 隧道 岩爆预测 的前
提 。 某 高速 公 路 穿越 武 夷 山 山 区 ， 建 成 最 大 埋深 达 ６０ｎ， 约 ４ｋ 的深 埋 长 隧道 ， 将 ２ ｌ长 ｍ 围岩 性 脆 强 度 高 ， 有 岩 具
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第３ ９卷 第 １ 期
２ ８年 １ 月 ０ ０
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文章 编 号 ：０ １ １９２０ ）１ ｏ０ ３ １０ —４７ （０ ８０ 一ｏ ８ 一ｏ
的一个重要 因素。岩爆一般发生在完整性好 ， 质地坚硬 ， 岩性脆 的岩体 中。为了查明隧道 围岩岩性 及强度特 征 ， 以及 为后期岩 爆预测提供参 数 ， 进行 了常规 的室 内岩石 力学试 验 ， 结果 见表 １表 １中为 ２ 主要 围岩的单轴抗压 强度 。 ， 种
表 １ 两种主要围岩 单轴抗压强度试验 结果
３ Ｏ Ｏ
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直向测孔 的轴 向平行。因此 ， 对于垂直钻孔 ， 可将其力学模型简
化为一个平面问题 ， 即按照两个对称的均布载荷 ， 作用于无限大 平板 ， 平板中圆孔 四周应 力可按线 弹性 理论求 解 ， 见图 １ 最大 ， 与最小水平主应力分别记作 与 ｌ 。 ６ Ｊ
（ ） 大水 平 主应力 方位 分 析。最 大水 平 主应力 方位 在 ３最
（ ）应力量值分 析。地 应力实测 结果表 明 ， 大 和最 小水 １ 最 Ｎ ０Ｅ～Ｎ ８Ｅ之间 ， １￣ １。 与山体走向 Ｎ Ｅ向较一致 。
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２Ｏ Ｏ８篮
理论和实践表明 ， 以自重应 力场 为主的应力场 中， 在 隧道轴 线 应与最大水平 主应 力垂直 。该 隧道总 体走 向为 Ｎ０ Ｅ 与最 ６￣ ， 大水平 主应力夹角约 ４ 。对 隧道 围岩稳定 性较有利 。 ８， 大量洞室开挖实践 表明 ， 当开挖体形状 能使顶板处 和侧 帮