白龙江引水工程深埋长隧洞工程地质问题研究

白龙江引水工程最复杂的科学和技术难题是工程穿越西秦岭段深埋长隧洞的工程地质问题,西秦岭地质背景复杂,目前研究成果较少。通过采用室内试验、现场测试和工程地质类比分析,对西秦岭1＃隧洞的高地应力、岩爆、高地温、隧洞涌水及突水、有害气体等工程地质问题进行探讨,结果表明深埋长隧洞中地应力极高,易发生岩爆或软岩大变形,可能发生软岩型大变形洞段长度占总洞长的12%,可能发生岩爆洞段长度占总洞长的45%;地下水丰富,区域断层的最大涌水量可达8.5×104 m3/d,隧洞内具备形成涌水或突水的条件;存在一定的高地温和有害气体及放射性危害,研究结果对西秦岭地区的类似工程有借鉴意义,对工程地质问题进一步研究具有指导意义。     

引汉济渭工程秦岭隧洞岩爆数值模拟与岩爆预测研究

以引汉济渭秦岭隧洞工程为研究对象,针对工程埋深大、地应力高和地质条件复杂的特点,进行高地应力条件下超长深埋隧洞岩爆的数值模拟预测研究。基于隧洞围岩工程力学性质和原始地应力反演数据,通过数值模拟技术,运用离散元法软件(3DEC),对研究区域的五个代表性埋深段进行隧洞开挖数值模拟,分析开挖后围岩的二次应力、位移变化和破坏情况。选择五种不同的岩爆判据对围岩岩爆等级进行预测,并将综合评判结果与实际岩爆发生情况对比。研究表明,基于离散元计算预测岩爆的方法是可行的,预测岩爆等级与实际岩爆发生情况基本吻合。     

基于岩爆灾害的围岩变形量时间分形分析

根据岩爆孕育及发生过程中围岩变形量的自相似特征,提出了一种时间分形计算方法.基于该方法,针对某水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同等级即时型的岩爆典型案例,进行岩爆过程围岩变形量的时间分形研究,结果表明:深部岩体隧洞岩爆过程中围岩变形量在时间上具有分形结构,并且表现出很好的自相似特征;依据围岩变形量时间分形维数可以对即时性岩爆进行等级划分,强烈岩爆分形维数均大于1.8,中等岩爆分形维数在1.5~1.8内,轻微岩爆分形维数小于1.5;在岩爆孕育及发生过程中,每一日的变形量时间分形维数随着岩爆孕育过程不断增加,当岩爆发生时达到最大值.上述研究结果可以为高地应力条件下深埋硬岩隧洞施工过程中岩爆灾害的预测与防治提供合理的科学依据.     

引黄工程北干1号隧洞主要工程地质问题及施工对策

万孪寨引黄工程北干线l号隧洞，长43．9km，已完成5．47km，其余洞段即将施工。该隧洞埋深较大，且大部洞身位于区域地下水位以下，工程地质条件极为复杂，通过充分分析其工程地质问题，提出隧洞掘进施工对策。     

深埋软岩隧洞围岩参数敏感性区间分析

水对深埋软岩隧洞的围岩稳定影响较大,遇水软化将是威胁隧洞施工期和运行期安全的主要原因之一.鉴于软岩遇水软化效应的直接影响是导致围岩参数的弱化,不同围岩参数对围岩稳定的影响大小将成为研究重点,则有必要对其围岩参数敏感性进行研究.本文基于某深埋隧洞工程绿泥石片岩洞段为工程实例,简述了绿泥石片岩遇水软化问题,重点引入区间分析法和有限差分软件FLAC3D的结合对其围岩参数敏感性进行分析.结果表明:围岩参数敏感性区间分析相对适合软岩工程,得到的结论与实际工程拟合的较一致,该研究结果可为软岩结构设计、施工监测、实验设计、灾害处理等提供参考.     

九岭山深埋长大隧道岩爆问题预测

岩爆是深埋长大隧道主要的工程地质问题之一,对隧道工程的危害很大,岩爆的预测研究对于隧道的设计和施工有着重要的意义。通过对九岭山隧道初步设计及施工图设计两阶段工程地质勘察成果的研究,分析该隧道的工程地质条件、岩石力学性质及地应力测试结果,并运用现有国内外多种岩爆判别准则对其在施工期间可能发生的岩爆问题进行了预测研究。结果表明,九岭山隧道在施工期间不会出现严重的岩爆,但在埋深大于450m的洞段可能会产生低岩爆活动。     

深埋隧洞不同掘进方式下即时型岩爆微震对比分析

对某水电站引水洞和施工排水洞钻爆法及TBM开挖段的施工过程进行连续性实时微震监测,将即时型岩爆孕育及发生过程中获得的微震信息进行了对比分析.结果表明:深埋硬岩地下隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程中,微震事件在空间位置上从初始的不规则零散分布不断向岩爆区域集合,并且数量不断增加;累计微震释放能以及塑性体积的平均微震释放能均不断增大,TBM开挖过程中岩体能量释放要大于钻爆法开挖;TBM开挖强烈岩爆发生前有轻微~中等岩爆伴随发生并且随着岩爆的孕育过程而逐渐递增,而钻爆法开挖不具有这一现象.     

平导对控制高应力隧道围岩变形的作用机理分析

传统意义上,平行导洞的作用在于为正洞开挖探明地质,并通过一系列横通道实现正洞“长隧短打”;不仅具有分部开挖的特点,还可利用导洞解决排水问题,导洞挖通后,还可改善洞内通风条件。本文所研究的堡镇隧道右线出口高地应力环境下软弱围岩中的平行导洞,围岩变形量大,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重,主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等,变形破坏具有不均匀性和不对称性。与平导围岩变形特征相反,平导扩挖时的变形特征具有均匀性和对称性。本文从工程岩体二次演化、应力场二次演化以及平导围岩和平导扩挖围岩变形破坏特征等方面进行分析,提出了平行导洞在穿越高地应力软岩中具有释放应力、减弱正洞围岩变形破坏程度的观点。     

平导对控制高应力隧道围岩变形的作用机理分析

传统意义上,平行导洞的作用在于为正洞开挖探明地质,并通过一系列横通道实现正洞"长隧短打".此工艺不仅具有分部开挖的特点,还可利用导洞解决排水问题,导洞挖通后,还可改善洞内通风条件.研究的堡镇隧道右线出口高地应力环境下软弱围岩中的平行导洞,围岩变形量大,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重.主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等,变形破坏具有不均匀性和不对称性.与平导围岩变形特征相反,平导扩挖时的变形特征具有均匀性和对称性.从工程岩体二次演化、应力场二次演化以及平导围岩和平导扩挖围岩变形破坏特征等方面进行分析,提出了平行导洞在穿越高地应力软岩中能释放应力、减弱正洞围岩变形的破坏程度.     

引红济石调水隧洞工程断层处理浅析

陕西省引虹济石工程隧洞洞线穿过的地层岩性复杂,断层集中交汇,可能存在断层涌水、裂隙渗水、轻微岩爆、围岩稳定性较差等问题。针对施工中遇到的地质断层问题做出技术方案总结和分析,为工程的顺利开展和同类工程施工提供了技术参考。     

高地应力软岩隧道超前导洞施工

施作超前导洞进行应力释放是解决高地应力软岩隧道大变形的重要方法之一。结合兰渝铁路木寨岭隧道工程实例,对高地应力软岩隧道超前导洞综合施工技术进行了研究和阐述,以期能为今后同类工程超前导洞施工提供参考和借鉴。     

成兰铁路特长深埋隧道岩爆段应力特征

为了探究高地应力环境下深埋隧道岩爆发生机理,掌握岩爆孕育规律,本文通过现场测试、数值分析及室内实验,对平安特长深埋隧道岩爆段围岩的二次应力场进行了分析,探明了隧道岩爆发生的力学机制,并运用经典应力岩爆判据指标,预测判断出岩爆发生强度及位置。研究表明隧道侧壁处存在较大的压应力,是造成岩爆发生的主要原因;高地应力条件下,由于结构面等不利因素的存在,造成掌子面中部处原岩应力突发释放而引发高烈度的岩爆;在岩爆区段进行应力释放孔的布置,能够有效地释放原岩应力,减少岩爆发生的可能性。相关研究成果能够深化人们对于高地应力环境下岩爆发生机制的认识,为类似工程岩爆的防控及建设提供科学依据。     

防冲抗爆恒阻大变形锚杆在锦屏二级水电站引水隧洞岩爆段施工中的应用

防冲抗爆恒阻大变形锚杆包括杆体、托盘和螺母,其恒阻装置,可以在巷道围岩发生大变形时自动拉伸,并保持恒定的工作阻力.锦屏二级引水隧洞开挖极强岩爆洞段施工时首次引入了防冲抗爆恒阻大变形锚杆,工程实际应用验证了其可行性,此对类似工程具有借鉴意义.     

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson’s ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300～500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。     

隧道施工期岩爆超前地质预报方法探讨

为解决硬质岩隧道高地应力环境下岩爆预测方法少,预测准确度不高的难题,本文通过分析隧道勘察期地应力和施工期岩爆特征,基于沟谷型岩爆首次提出TSP物性参数预测岩爆段落的方法,并形成了一套岩爆分析的全序列预测体系(岩爆环境分析、物探长距离预测、微震监测近距离预警、现场观听),可远、中、近有层次预测岩爆风险。研究成果表明：(1)小于500 m埋深的沟谷型岩爆有沿洞轴向呈“链式”发生的特点,深埋大于800 m的深埋型岩爆具有一定离散性。(2)满足动态弹性模量>70 GPa,静态弹性模量>60 GPa,密度>2 800 kg/m³,泊松比<0.25,横波波速v_S>3 200 m/s,纵波波速v_P>5 500 m/s,发生岩爆可能性更高;(3)掌子面炮孔钻进明显缓慢,少量有堵孔现象,爆落有效进尺小于炮孔深度,人耳偶尔可听到围岩表层有爆裂声,声响剧烈且持续时间长,发生岩爆风险更高;本文研究成果和手段可为类似高地应力环境下岩爆预测和防控提供参考,具有推广意义。     

深埋隧洞围岩分类方法--JPHC分类

现有围岩分类方法只适用于中低地应力、低外水压力条件,在高地应力、高外水压力条件下的适用性差.某深埋隧洞地应力高达20～40 MPa、局部外水压力高达1～10 MPa,具有高地应力、高外水压力的特点.以该深埋隧洞为例,对<水利水电工程地质勘察规范>中的围岩分类方法(HC分类)进行了改进.通过HC分类与Q系统在该隧洞分类结果的相关性、一致性分析,引入地应力修正系数、岩爆烈度、水力劈裂的临界水头压力等,建立了高地应力、高外水压力条件下的围岩分类方法--JPHC分类.该方法在某深埋隧洞围岩分类中适用性好,并可推广使用.     

大岗山深埋硬岩公路隧道岩爆预测

位于川西和青藏高原接触带的长大深埋硬岩公路隧道建设面临极大的岩爆危害，对其岩爆倾向性的准确预测是解决这一瓶颈问题的关键手段。以泸石高速大岗山隧道为工程背景，基于地勘中地形地貌、地质构造、岩石力学参数和地应力实测数据资料，采用数值模拟和数理统计相结合的方法，反演分析隧址区全线初始地应力场，系统分析了大岗山隧道各断面开挖洞周围岩二次应力，基于应力判据法对其岩爆发生情况进行了综合预测。结果表明：隧道全线地应力场分布规律以竖向应力为主，竖向应力量值最大达33.25 MPa，且局部地应力复杂，水平构造作用明显，以NWW-SEE向挤压作用为主，具备发生岩爆条件；隧道埋深大于408 m时有中等、强烈岩爆活动，中等岩爆段长度占隧道全长的13.8 %，强烈岩爆段长度占隧道全长的39.7%，且埋深大于450 m时岩爆在边墙部位发生；岩爆发生受地形地貌、地质构造影响显著，由于地应力在软弱岩体中得到释放，断裂带、辉绿岩脉内部无岩爆活动，而断裂带和沟谷地形会使其附近完整花岗岩段内出现地应力集中现象，从而加剧其岩爆烈度。     

成贵高铁高坡隧道软岩大变形机理分析及病害整治

成都-贵阳高速铁路高坡隧道施工中出现较长段落煤系地层软质岩大变形病害,给隧道施工造成极大困难。设计单位针对此段变形病害段开展了岩样取样分析、地质分析、整治设计及工程处理,确保了高坡隧道施工顺利进行。系统介绍了隧道区域地质环境、变形病害段的特征及工程整治措施,分析认为变形段病害产生是由于地应力作用、软质岩强度低、围岩膨胀性、地下水、群洞效应等综合原因所致,提出了软质岩具有缓慢蠕变的时效性,应重视深埋隧道地应力、岩石强度的研究,加强深埋段软质岩初期支护是有效防止变形病害的措施。     

浅析引起岩爆的若干因素及岩爆的防治措施

岩爆是围岩在高地应力场条件下所产生的岩片（块）飞射抛散,以及洞壁片状剥落等动力破坏现象。岩爆是地下工程施工的一大地质灾害,由于它的破坏性很大,常常给施工安全、岩体及建筑物的稳定性带来很多的问题,甚至会造成重大工程事故。目前,地下工程岩爆问题引起了国内外的普遍关注。本文主要论述了岩爆发生的若干影响因素及防治岩爆的一些具体措施。     

新城子隧道小间距段受力测试分析

高地应力大变形软岩隧道修建中,不同的开挖方法对二衬的受力影响很大,尤其在复杂结构隧道中尤为明显。兰渝铁路新城子隧道为工程背景,应用结构应力测试,数值模拟等手段,通过对常规三台阶法和超前应力释放导洞法中三个不同断面的初支和二衬的受力及变形分析,研究小间距段在超前应力释放导洞和常规三台阶两种工况下的施工力学特性以及先行洞室和后行洞室之间的相互影响,分析认为采用小导洞进行应力释放后变形和受力减小,后行洞室经过先行洞室时,先行洞室结构受力明显增大。