深埋隧道岩爆倾向性评估方法
深埋隧道岩爆倾向性评估方法

深埋隧道岩爆倾向性评估方法吴春成;朱志辉;张伟【摘要】深埋硬岩隧道开挖过程中岩爆风险较高,开展岩爆倾向性评估方法研究具有重要意义.文章以某隧道工程为研究背景,统计分析了岩爆发生情况;将岩爆倾向性单指标评估方法按能否反映硐室开挖过程的影响和初始应力场的偏应力特征分为两类,并分别利用Barton判据、陶振宇判据、Hoek判据、二郎山隧道判据对该隧道岩爆倾向性进行了评估分析;对比分析了两类评估方法在该隧道应用的适用性,研究结果表明:反映洞室开挖过程影响和初始应力场偏应力特征的判据方法对岩爆倾向性判别的准确率较低,但能够判断岩爆可能发生位置,且在大尺度上采用Barton判据、陶振宇判据能较为准确评价岩爆风险等级.研究结果可为深埋隧道岩爆倾向性判别提供科学依据与参考.【期刊名称】《高速铁路技术》【年(卷),期】2019(010)004【总页数】5页(P76-80)【关键词】深埋隧道;岩爆倾向性;经验;判据;适用性【作者】吴春成;朱志辉;张伟【作者单位】中国铁路青藏集团有限公司,西宁810007;西藏铁路建设有限公司,拉萨850000;东北大学,沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】U455.6某隧道位于我国西南部,埋深达 2 000 m,岩爆风险极高[1]。
迄今已发生上百次岩爆,中等及以上岩爆次数较多。
岩爆倾向性判别是深埋高应力隧道开挖过程中的重要内容,因此,开展深埋隧道岩爆倾向性判别方法研究具有重要意义。
关于岩爆倾向性判别方法,国内外学者在强度、刚度、突变、分形和能量等诸多方面提出了众多岩爆风险和倾向性估计判据。
代表性的有岩爆变量公式预测、经验判据评判、人工神经网络预测、模糊数学综合评判、模糊概率风险预测、可拓物元评判、距离判别分析方法等。
岩爆倾向性判别方法可概括性地化分为单指标经验判据和多因素经验评价指标或系统两大类。
单指标经验判据方法多以强度、能量和刚度等理论为基础,典型性的判别方法有Hoek判据[2]、Russenes判据[3]、Turchaninov判据[4]、二郎山隧道判据[5]、陶振宇判据[6]、Barton判据[7]等。
高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析

高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析发表时间:2019-04-30T11:06:01.377Z 来源:《基层建设》2019年第4期作者:刘强[导读] 摘要:随着我国隧道建设的迅猛发展,在高应力隧道建设施工过程中,常常会发生岩爆、大变形等灾害,不仅延误工期、产生重大经济损失,甚至还会造成施工人员伤亡,因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
中铁隧道股份有限公司摘要:随着我国隧道建设的迅猛发展,在高应力隧道建设施工过程中,常常会发生岩爆、大变形等灾害,不仅延误工期、产生重大经济损失,甚至还会造成施工人员伤亡,因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
本文重点研究岩爆与大变形灾害成因,总结其主要影响因素,阐述了岩爆、大变形风险评估指标建立原则,并就施工时岩爆和大变形风险动态评估进行说明,为高地应力隧道施工提供有效指导。
关键词:隧道施工;岩爆;大变形;风险评估1岩爆、大变形主要影响因素分析对于高地应力隧道,受高地应力影响,岩体被挤压、拉裂,因而变得松弛起来,一般很容易形成岩爆或是大变形等灾害,这会对施工进度产生不利影响。
高地应力软岩大变形是施工过程中的一大常见问题。
引起隧道施工岩爆、大变形的主要因素也可归因于为地质条件、设计因素、施工因素三大类。
1.1地质因素地质因素可概况为以下几方面:岩石强度、围岩完整性、岩石脆性特征、地下水状况、地应力大小等。
岩石的强度反映岩石的坚硬程度,岩质越坚硬,岩体越易存储应变能,发生岩爆的可能性越大。
若岩石的强度较小,那么其承载能力也较小,容易在隧道开挖过程后产生较大的变形。
软岩隧道基本不发生岩爆,岩爆主要发生在岩石强度较大的坚硬岩隧道。
变形主要发生在岩石的单轴抗压强度较小的软质岩隧道。
围岩完整性一般包括岩体节理、裂隙、层理等发育情况,通常越完整的岩石发生岩爆的概率越大。
结构面的存在能够破坏围岩的完整性,在隧道开挖过程中,围岩越破碎,稳定性越差,发生大变形、坍塌的可能性也就越大。
利用修正强度应力比法预测隧道围岩岩爆

利用修正强度应力比法预测隧道围岩岩爆作者:谢彬来源:《建筑建材装饰》2015年第06期摘要:岩爆是在高应力条件下地下工程围岩因开挖卸荷引起的重要地质灾害,给地下工程围岩的稳定性和施工安全带来严重威胁,本文介绍了利用强度应力比法预测隧道围岩发生岩爆的危险性,为隧道施工防止岩爆发生或降低岩爆烈度级别提供参考。
关键词:强度比法;围岩;岩爆;危害性;预测前言岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象,当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时,破坏了岩体结构的平衡,多余的能量导致岩石爆裂,使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。
自1738年英国南斯塔福锡矿首次发生岩爆以来,世界上已有包括我国在内的二十多个国家记录了岩爆发生的情况,岩爆使施工难度加大,成本增加,危及施工安全。
针对岩爆的发生机制,采用有针对性的防治措施,可以防止岩爆发生或降低岩爆烈度级别,这使得预测岩爆发生的危险位置及等级显得尤为重要,虽然国内外众多学者就岩爆形成机制还没有形成一致意见,但都认为岩爆发生的前提是由于硐室开挖造成围岩卸荷,导致岩爆发生。
卸荷作用不仅引起岩体应力分异,造成围岩应力重分布和集中,而且还会因差异回弹而在围岩中形成一个被约束的残余应力体系。
岩体的变形和破坏的发生正是由于应力状态的上述两个方面的变化引起的,下面介绍如何通过采用修正强度应力比法对其进行综合分析,实现预测岩爆发生位置及等级。
1工程概况以笔者所在的向莆铁路棋盘石隧道为例,棋盘石隧道起于福建省尤溪县城关镇尤溪河岸,止于尤溪县台溪乡清溪村牛头洋。
隧道全长10822m,DK404+340~DK405+906,DK406+613~DK406+882两段的埋深678>H≥387,属于高应力区, DK405+906~DK406+613埋深H≧800m,属于极高地应力区,DK406+882~DK407+950,DK408+186~DK408+711,DK409+150~DK410+567等几段,隧道埋深H≧216m,属于极高应力区,具体围岩物理力学参数见表1。
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
关于岩爆判别准则及防治措施

安革连~琶布铁路隧道岩爆判别准则及处理措施安革连~琶布铁路隧道主隧道全长19200m,主隧道最大埋深约1260m,施工斜井总长6880m,斜井最大埋深约946m。
隧道穿越主要岩层为石英斑岩、花岗斑岩、花岗正长岩等,岩石质地坚硬,隧道开挖存在岩爆可能。
实际施工中2号斜井已发生岩爆现象,对现场施工造成一定的影响,为减小岩爆对施工及安全的影响,初步制定岩爆地段的指导性判别准则及处理措施,供项目部参考。
一、可能发生岩爆的区段及工程地质特征根据《工程地质勘察报告》,主隧道及斜井可能发生岩爆的区段及工程地质性质见表1.表1 可能发生岩爆区段及工程地质特征表中可能发生岩爆的里程范围仅为勘察阶段理论推测,实际发生岩爆的里程范围会有所不同。
二、岩爆发生的判据岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏,并伴随着岩体中应变能的突然释放,是一种岩石破裂过程失稳现象。
岩爆的发生与岩石强度、地应力、岩体的完整性、开挖方法有关,归纳起来,岩爆发生的基本条件如下:(1)岩石单轴抗压强度:σc>80MPa(至少>60MPa)(2)岩质和岩性:坚硬、脆性(3)岩体结构:完整或基本完整(4)地应力值最大地应力可取围岩自重应力场中的垂直分量σmax=γ·H式中:γ——围岩容重H——埋深σmax>0.25σc;严重岩爆σmax=0.15~0.25σc;中等岩爆σmax<0.15σc;轻微或不发生(5)开挖轮廓。
钻爆法施工应采用光面爆破,提高光爆效果,钻爆法在开挖轮廓上造成的超欠挖会造成应力局部集中,进而引发岩爆。
三、岩爆烈度划分标准为便于岩爆地段的处理,根据岩爆发生的强度及烈度,将岩爆划分为无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆。
根据国内秦岭隧道的岩爆预报、防治技术研究成果,岩爆划分标准见表2,本划分标准仅供参考,在本隧道施工过程中,根据实际发生的岩爆特征进行修正。
表2 岩爆烈度划分标准四、岩爆地段防治、支护措施(1)防治措施①超前钻孔、灌注高压水。
深部矿岩岩爆倾向性评估方法及支护建议

深部矿岩岩爆倾向性评估方法及支护建议黄小丰;舒炜炜【摘要】随着经济发展, 我国浅部矿产资源已趋于枯竭, 深部开采环境下的高应力与频繁开采扰动往往诱发岩爆灾害, 直接影响着矿山的安全高效回采.岩爆涉及的内因及外因众多, 致灾机理复杂, 对6种具有代表性的岩爆倾向性评估方法进行总结归纳, 并为其实际应用提出满足现场工程需求的优化建议, 不仅丰富了岩爆倾向性评估方法, 而且使其评估结果更加全面可靠.同时, 为解决岩爆区域传统支护方式效果欠佳的难题, 从主动柔性支护和预留锚固支护两方面提出了对策及建议, 对改善深部矿岩支护效果具有指导作用.%The shallow mineral resources are being exhausted with the economic development, the rock burst disasters are often induced by the high stress and frequent mining disturbances in deep mining environments, which directly affect the safe and efficient mining. There are numerous internal and external causes involved in rock burst and its mechanism is complex. Aiming at the evaluation of rock burst proneness, six representative evaluation methods for rock burst proneness are summarized, and some optimization suggestions are proposed to meet the requirements of on-site engineering for the practical application. It not only enriches the evaluation methods for rock burst proneness, but also generates the more comprehensive and reliable evaluation results. Besides that, in order to solve the problem of poor effect of traditional support methods in rock burst area, some countermeasures from the aspects of active flexible supporting and reserved anchor supporting are proposed to improve the effect of rock mass support in deep mines.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】4页(P32-34,40)【关键词】深部开采;岩爆;倾向性评估;岩体支护【作者】黄小丰;舒炜炜【作者单位】湖南辰州矿业有限责任公司;中南大学资源与安全工程学院【正文语种】中文矿产资源作为国家经济发展的基本保障,其浅部资源已经趋于枯竭,大量矿井逐渐向深部延伸。
高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测

高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测 1陈文亮,章青,刘仲秋河海大学工程力学系,南京(210098)E-mail:cwl9898@摘 要:结合锦屏二级水电站辅助洞工程,通过三维弹塑性有限元数值模拟,分析隧洞掌子面 推进过程中的围岩空间应力场状态和演化趋势;基于数值模拟结果选用4种不同的岩爆预测 方法, 对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测, 判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性 较大,这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。
关键词:深埋隧洞;数值模拟;应力场;岩爆;预测1. 引言岩爆是高应力区进行地下开挖时,由于破坏了岩体的力学平衡,围岩中产生了应力集中而 使岩体产生脆性破坏并伴随能量释放的动力失稳现象。
有关统计资料表明 所以在深层开挖中研究岩爆显得尤为重要。
近几十年来,国内外采矿界和岩体工程界的专家、学者对岩爆机理、岩爆预测以及岩爆 防治诸方面进行了大量的研究,取得了一定成果 刚度理论、岩爆倾向理论等外,近年来谢和平[ 2~6][1],岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤) 层中,一般而言,随着埋深的增加岩爆发生的机会将越来越大,。
在岩爆机理方面除了传统的强度理论、[ 8][7 ]采用分形理论、潘岳等采用突变理论来解释岩爆现象。
在岩爆预测方法方面根据不同的岩爆机理理论,可得出不同的判据,主要分 为应力判据,岩性判据,能量判据,临界深度判据等。
但由于岩爆是极为复杂的动力失稳现 象,岩爆的机理到目前为止还不很清楚,利用传统的岩爆分析方法来预测岩爆遇到了极大的困 难,在这种情况下,人工智能、专家系统、神经网络在岩爆预测中得到了很好的运用,如冯 夏庭等[9 ]提出的基于支持向量机的预测方法为岩爆预测提供了一条十分有效的途径。
在深埋隧洞开挖过程中,因开挖卸荷引起隧洞周边围岩应力场的扰动和重分布,导致围岩 应力值和方向发生变化。
而在影响范围之外,岩体应力维持初始地应力状态。
在高地应力区, 岩体强度高,储存的弹性应变能大,由于应力场的变化造成高强度脆性岩石内部破裂,引起弹 性应变能的突然释放,容易引起岩爆。
深埋公路隧道施工阶段岩爆预测研究

2 . 弹 性 应 变 能 指数 法
挪 威 学 者 B. F. Ra s s e n s i l 最 早 提 出运 用应 力 强 度 比 法 对 岩 爆 进 行 预 测 ,该 方 法 考 虑 围岩 初 始 地 应 力 以及 围岩 本 身
强度两个 因素。运用弹塑性力学原理 ,对于 开挖 内径为 . r的
摘
要:岩爆是隧道施工过程 中常见 的一种地质 灾害现象 ,论文结合某分离式公路深埋 隧道施 工实际情 况 ,采用 国
内 外通 用 的 应 力 强 度 比法 、弹 性 应 变 能 力指 数 法 ,对 隧 道 进 行 了岩 爆 综 合 预 测 ,最 后 ,根 据现 场 实 际 对 该 综 合 预 测 方法的准确性进行了评价 。 关 键 词 :岩 爆 预 测 ;深 埋 隧 道 ;应 力强 度 比 ;弹 性 应 变能
中 图分 类 号 :T U 4 5 7
引言
文 献 标 识 码 :A
文章编号 :1 0 0 6 - 7 9 7 3( 2 0 1 3 )1 2 - 0 3 0 6 - 0 2
一
、
为洞壁处的剪应力 ; 为 围岩 的 泊松 比 。
岩 爆 是 在 高 应 力 条 件 下 进 行 隧 道 开 挖 的过 程 中 , 由于 围
起 止桩 号 为 :Z K 4 2 + 7 2 9  ̄ZK 5 0 + 9 9 2,长 8 , 2 6 3 m ,右 洞 起 止 桩 号 为 :Y K4 2 + 7 2 3 ̄Y K5 0 + 9 6 5 ,长 8 , 2 4 2 m ,属 分
无岩爆
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<0 . 5 弱岩 爆 < O. 7 中等 强度岩
弹性 应 变 能 大 小 与 初 始 地 应 力 、 围 岩 强 度 特 性 有 关 。通 过 岩
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深埋隧道岩爆倾向性评估方法
吴春成1 朱志辉2 张 伟3
(1.中国铁路青藏集团有限公司, 西宁 810007; 2.西藏铁路建设有限公司, 拉萨 850000;3.东北大学, 沈阳 110819)
摘 要:深埋硬岩隧道开挖过程中岩爆风险较高,开展岩爆倾向性评估方法研究具有重要意义。文章以某隧 道工程为研究背景,统计分析了岩爆发生情况;将岩爆倾向性单指标评估方法按能否反映硐室开挖过程的影 响和初始应力场的偏应力特征分为两类,并分别利用 Barton判据、陶振宇判据、Hoek判据、二郎山隧道判据对 该隧道岩爆倾向性进行了评估分析;对比分析了两类评估方法在该隧道应用的适用性,研究结果表明:反映 洞室开挖过程影响和初始应力场偏应力特征的判据方法对岩爆倾向性判别的准确率较低,但能够判断岩爆 可能发生位置,且在大尺度上采用 Barton判据、陶振宇判据能较为准确评价岩爆风险等级。研究结果可为深 埋隧道岩爆倾向性判别提供科学依据与参考。 关键词:深埋隧道;岩爆倾向性;经验;判据;适用性 中图分类号:U4556 文献标志码:A
Abstract:Rockburstoccursfrequentlyduringexcavationofdeephardrocktunnels.Ithasgreatsignificancetostudythe evaluationmethodofrockbursttendency.Theoccurrenceofrockburstisanalyzedstatisticallyassociatedwiththeproject ofonetunnel.Accordingtotheinfluenceofchamberexcavationprocessandthedeviatorystresscharacteristicsofinitial stressfield,thesingleindexevaluationmethodofrockbursttendencycanbedividedintotwotypes.UsingBarton criterion,TaoZhenyucriterion,HoekcriterionandErlangMountainTunnelcriterion,therockbursttendencyofthe tunnelisevaluated.Theapplicabilityoftwokindsofassessmentmethodstorockbursttendencydiscriminationis comparedandanalyzed.Throughtheanalysis,itisfoundthatthecriterionmethod,whichreflectstheinfluenceofthe excavationprocessandtheinitialstressfield,canjudgethelocationoftherockburst,althoughtheaccuracyrateofthe rockbursttendencyislow.TheBartoncriterionandTaoZhenyucriterioncanbeusedtoevaluatetherockburstrisk gradeaccuratelyonalargescale.Theresearchresultscanprovidescientificbasisandreferencefordistinguishingthe rockbursttendencyofdeeptunnels.
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AssessmentMethodofRockburstTendencyinDeepTunnels
WUChuncheng1 ZHUZhihui2 ZHANG Wei3 (1.ChinaRailwayQinghaiTibetGroupCo.,Ltd,Xining 810007,China;
2.TibetRailwayConstructionCo.,Ltd.,Lhasa 850000,China; 3.NortheasternUniversity,Shenyang 110819,China)
收稿日期:20181010 作者简介:吴春成(1969),男,高级工程师。 引文格式:吴春成,朱志辉,张伟.深埋隧道岩爆倾向性评估方法[J].高速铁路技术,2019,10(4):76-80.
WUChuncheng,ZHUZhihui,ZHANGWei.AssessmentMethodofRockburstTendencyinDeepTunnels[J].HighSpeedRailwayTechnology, 2019,10(4):76-80.
2019年 8月 第 10卷 第 4期
高 速 铁 路 技 术 HIGH SPEEDR7(2019)04—0076—05 DOI:10.12098/j.issn.1674-8247.2019.04.016
No.4,Vol.10 Aug.2019
第 4期
吴春成,等:深埋隧道岩爆倾向性评估方法
Keywords:deeptunnel;rockbursttendency;experience;criterion;applicability
2019年 8月
某隧道位于我国西南部,埋深达 2000m,岩爆风 险极高[1]。迄今已发生上百次岩爆,中等及以上岩爆 次数较多。岩爆倾向性判别是深埋高应力隧道开挖过 程中的重要内容,因此,开展深埋隧道岩爆倾向性判别 方法研究具有重要意义。
关于岩爆倾向性判别方法,国内外学者在强度、刚 度、突变、分形和能量等诸多方面提出了众多岩爆风险 和倾向性估计判据。代表性的有岩爆变量公式预测、 经验判据评 判、人 工 神 经 网 络 预 测、模 糊 数 学 综 合 评 判、模糊概率风险预测、可拓物元评判、距离判别分析 方法等。岩爆倾向性判别方法可概括性地化分为单指 标经验判据和多因素经验评价指标或系统两大类。单 指标经验判据方法多以强度、能量和刚度等理论为基 础,典 型 性 的 判 别 方 法 有 Hoek判 据[2]、Russenes判 据[3]、Turchaninov判据[4]、二郎山隧道判据[5]、陶振宇 判据[6]、Barton判据[7]等。面对不同工程概况,各类岩 爆倾向性判据方法的适用性不同。为准确判定深埋隧 道开挖过程中的岩爆倾向性,有必要针对各类岩爆倾 向性经验判据方法,开展适用性对比分析研究。