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深埋隧洞不同开挖方式下即时型岩爆微震信息特征及能量分形研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法及隧道掘进机（TBM）开挖过程中大量微震监测数据及不同等级的岩爆案例,对不同开挖方式下即时型岩爆的孕育及发生过程的能量释放展开研究,并运用分形几何原理研究微震能量分布的变化规律,得到以下结论：（1）即时型岩爆的孕育及发生过程中,岩爆区围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程;（2）钻爆法开挖过程中储存在岩体内的弹性应变能消耗于岩体破裂过程大于TBM开挖,而转化为岩体动能小于TBM开挖;（3）钻爆法开挖微震能量分形维度在即时型岩爆的孕育过程不断增加,岩爆临近前会增加到某个临界值以上;（4）TBM开挖即时型高等级岩爆能量分形维度值大于钻爆法开挖,并且其分形维度值可以反映低等级岩爆伴随发生的特征。 相似文献
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基于超剪应力控制的岩爆防治措施研究 总被引：3，自引：1，他引：2
简要介绍了断裂型岩爆的超剪应力理论,初步讨论了爆破开挖扰动对超剪应力的影响,并从控制超剪应力的角度建议了相应的岩爆防治方法,给出了工程实例。研究表明,开挖动态扰动将使断裂两侧岩体在较低的超剪应力条件下就产生滑动,另外,高地应力条件下爆破开挖过程中地应力动态卸载扰动可以引起围岩中动态剪应力的增大,直接增大超剪应力,这两种情况都可能导致岩爆的发生。因此,可从控制爆破扰动的角度来控制岩爆的发生,具体措施有炮孔合理布置、起爆网络的优化和加强支护。 相似文献
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深埋隧洞极强岩爆段隧道掘进机半导洞掘进岩爆风险研究 总被引：3，自引：0，他引：3
深埋隧洞TBM（隧道掘进机）全断面掘进时,在局部超高应力集中的完整硬脆性岩体洞段将直面极强岩爆的风险,设备和人员的安全将遭受极大的威胁。在锦屏II水电站3#引水隧洞极强岩爆段实施了“先半导洞+TBM联合掘进”实验,结合微震实时监测信息对TBM半导洞掘进的岩爆风险开展了研究。监测结果表明,（1）TBM半导洞掘进期间,日平均微震事件数、日平均辐射微震能、微震大事件数及实际岩爆发生次数和强度均远远低于TBM全断面掘进;（2）能量指数对数值和累积视体积的时域演化表明,TBM半导洞掘进强烈岩爆发生的风险远低于TBM全断面掘进,现场实际开挖也证明了这一点;（3）半导洞洞段微震事件的空间集结程度、总数、震级大小与能量辐射均远小于全断面洞段。因此,TBM半导洞掘进的岩爆风险远远低于TBM全断面掘进,在具有施工条件的情况下采用先半导洞预处理,然后TBM半断面掘进极强岩爆段,以期控制岩爆风险的方案是可行的。 相似文献
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隧道岩爆的动力学机理及其控制的实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
隧道爆破开挖过程对隧道围岩的扰动,可以用弹性动力学的Lamb问题来描述。利用动态光弹性方法,对Lamb模型进行了验证,研究了冲击荷载下模型内应力波的传播、相互作用以及刻槽的拦截效应。结果表明：（1）冲击荷载作用下,模型内传播的有P波、S波和Rayleigh波,与Lamb模型的力学解答是一致的;（2）等差条纹图的分布规律,可以合理解释岩爆高发区段与开挖面的位置关系,认为P波和Rayleigh波的致裂作用和传播规律是岩爆发生的重要因素;（3）在模型表面的刻槽,可以实现对岩爆有突出贡献的Rayleigh波的大量拦截,说明在隧道表面切槽的岩爆控制方法是可行的。 相似文献
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爆破开挖扰动是深埋隧洞损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据隧洞岩体钻爆开挖过程分析了爆炸荷载及开挖荷载瞬态卸荷对岩体的扰动作用,基于LS-DYNA动力有限元程序,提出了利用施加节点反力模拟待开挖隧洞岩体的约束作用,通过控制节点反力的变化过程以模拟开挖荷载瞬态卸荷,采用爆炸荷载变化曲线模拟爆炸作用过程的爆破开挖扰动数值模拟方法,并利用该方法模拟分析了爆破开挖扰动对围岩的损伤效应,结果表明,应力重分布对围岩损伤最大,隧洞围岩损伤区主要由围岩初始应力重分布所导致,爆炸荷载作用将增大围岩损伤区范围,考虑开挖荷载瞬态卸荷作用的围岩损伤区最大,且地应力越高,开挖荷载瞬态卸荷作用对围岩的损伤效应越显著 相似文献
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福建周宁水电站水压致裂地应力测量及其应用 总被引：2，自引：3，他引：2
周宁水电站在交通洞开挖过程中局部洞段发生了较强烈的岩爆。地下洞室和高压岔管、输水隧道设计及选择衬砌方式，需要查明原地应力状态。为此，采用水压致裂法在3个深钻孔中和岩爆部位进行了原位应力测量。结果表明，平面应力值随孔深增加呈线性增大；在岩爆和地下洞室附近，原位应力最大值为13～15 MPa，以水平挤压应力为主导，最大水平主应力方向为NW向。根据地应力测量资料和相关理论、判据分析认为：地下厂房长轴为NW向有利于围岩稳定；高压岔管和输水隧洞选用钢筋混凝土衬砌是可行的；发生局部岩爆，主要是由于隧道开挖围岩应力重新调整，在掌子面附近应力集中所致。 相似文献
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文章分别分析了隧洞围岩的宏观结构因素（结构面发育情况，结构面与硐室或隧道轴线的关系及与最大主应力的关系等）及微观结构因素（岩石矿物颗粒的排列、颗粒间的联接以及粒间的空隙特征等）对岩爆的影响。分析表明，围岩的宏、微观结构与岩爆发生及发生的强烈程度有紧密的关系。在实际工程中，这一认识对岩爆问题的正确评价无疑是十分有益的。 相似文献
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针对西南地区水电工程中岩爆频发的问题,提出在洞周向围岩内部切缝的方法防治时滞型岩爆。从理论分析、数值模拟和施工工艺3方面探讨了切缝法防治时滞型岩爆机制与方法。切缝为环向应变提供变形空间,降低了围岩表面的环向应力大小。切缝底部及切缝间形成的塑性区,消耗了围岩中的部分弹性应变能。理论分析和数值模拟的结果表明,合理布局切缝的部位、间距及数量可以提高防治的效果,在实际操作中还应根据围岩的特性合理选择和设计切缝的成型方案,如采用破碎孔和聚能预裂爆破等方法,以准确控制切缝尺寸 相似文献
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深埋隧洞微震活动区与岩爆的相关性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于锦屏二级水电站深埋引水隧洞和排水洞大量微震监测数据及上百个不同等级岩爆实例,研究了深埋隧洞微震活动区与岩爆之间的关系。研究结果表明：（1）微震活动分布范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方1.5倍洞径之间,而岩爆高发区位于掌子面后方3倍洞径以内,表明岩爆高发区与微震事件主要分布范围相吻合;（2）隧洞工程岩爆潜在风险重点关注区域是掌子面后方3倍洞径已开挖范围,以及掌子面前方1.5倍洞径施工范围;（3）微震事件及岩爆分布呈区域性集结特点,其中一部分岩爆发生于微震事件集结区内部,另一部分岩爆发生于微震事件集结区边缘,这是岩体破坏过程中所固有的现象,与微震事件集结区边缘局部应力集中密切相关。 相似文献
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糯扎渡水电站1#导流隧洞三维非线性有限元开挖模拟分析 总被引：2，自引：0，他引：2
糯扎渡水电站1#导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ,Ⅲ层开挖围岩的稳定性,首先利用隧洞第Ⅰ层开挖的位移监测数据反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场;然后,利用反演得到的初始地应力场和岩体力学参数进行Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层开挖模拟分析,得到了F3断层附近围岩的应力变形情况。计算结果表明：随着开挖的不断进行,隧洞F3断层周围岩体的约束逐渐解除,围岩的应力逐渐增大,隧洞周边的位移也不断增大,并且隧洞周围应力变形在F3断层中心区域有明显的错动现象,说明F3断层对隧洞的开挖影响比较大,有必要对此区域后期变形加强观测和分析。 相似文献
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硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关，卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度，是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例，运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析；将卸压爆破作为唯一变量，进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析，并结合微震监测数据，对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中，围岩出现起裂损伤，应力集中和局部裂纹贯通等现象，并可能诱发岩爆灾害；在围岩卸压爆破条件下，围岩应力集中以及损伤程度有所降低，岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果，损伤均集中于拱顶及拱底，损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3.4倍(拱顶)、1.47倍(拱底)，损伤体积比值(卸压/未卸压)为5.36倍，但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0.6(卸压)，且围岩应力峰值降低约5 MPa，应力梯度降低0.8 MPa ·m-1，表明围岩仍具有自稳能力，岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。 相似文献
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本文在分析总结苍岭隧道岩爆特征的基础上,阐述了岩爆特征与隧道内各影响因素之间的相关性。分析认为,隧道内岩性与应力条件对岩爆发生的影响作用最大,隧道中部区段埋深较大处均产生了中等岩爆;异形或加宽断面及围岩干燥地段较一般断面及地下水发育处更易产生岩爆,且岩爆发生具有一定的时间性及空间性;岩爆机制主要为压致拉裂破坏及压致剪切型破坏。采取了针对性的防治措施,重点通过隧道掘进过程中改善围岩的物性条件及采用合理的初期支护措施来有效防治岩爆的发生与发展,同时利用掌握的岩爆规律,对于尚未贯通的右洞开挖起到指导性的作用。 相似文献
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雪峰山公路隧道的超前预测预报研究 总被引：2，自引：1，他引：1
雪峰山隧道为上海－瑞丽国道主干线湖南省邵阳－怀化高速公路上最大的控制性工程,全长约7 km,最大埋深约850 m,为典型的越岭长大公路隧道。采用不同方法,对该隧道的断层破碎带、塌方、岩爆及大变形等地质灾害和围岩稳定性问题进行了超前预测预报研究。研究以地质分析为基础,运用了TSP、地质雷达、赤平投影和关键块体检索法、断层错动机制解、室内岩石力学试验、数值模拟以及隧道内地质观测分析等方法对前方各类地质信息开展超前预报,取得了较好的效果,并成功地预测预报了断层F2的出现及无强烈岩爆灾害的可能性,对安全施工提供了保证,可为今后类似工程借鉴。 相似文献
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Mechanical response of surrounding rock of tunnels constructed with the TBM and drill-blasting method 总被引：1，自引：0，他引：1
There are two kinds of excavation methods in underground engineering: the tunnel boring machine (TBM) and the drill-blasting method. A large number of studies have shown that the deformation and failure, the degree of disturbance, the stability and the reinforcement measures of surrounding rock using the TBM and drill-blasting method vary from each other. To accurately master these macroscopic damages, it is necessary to focus on the investigation of the micro-mechanical responses of the surrounding rock. Scanning electron microscopy tests, acoustic emission tests and tunnel acoustic detection tests were carried out to analyze the mechanical response of surrounding rock of tunnels, which were excavated in marble by, respectively, the TBM and the drill-blasting method. The tests results showed that most of the rock fractures cut by TBM is wipe along the crystal, and the failure mechanism is mainly cutting, while most of the rock fractures induced by the TBM coincide with crystal planes, its mechanism is mainly tensile. The stress–strain curves of rocks cut by the TBM method are rather flat around the peak strength, which means a strong resistance to deformation around the peak load. The response of AE for the rock cut by the TBM method appears after larger strains than the response of the rock constructed by the drill-blasting method. This suggests that the resistance to damage is higher under TBM excavation conditions. The relaxation depths of the tunnel excavated by the drill-blasting method are larger than the tunnel excavated by the TBM method. The research can provide more insight into tunnel failure mechanisms and provide a framework for reinforcement measures. 相似文献
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深埋长隧道TBM施工关键问题探讨 总被引：2，自引：0，他引：2
针对深埋长隧道开挖所面临的高水压、高地压、高地温、大变形、难支护等问题,分析总结传统钻爆法开挖与支护技术、全断面隧道掘进机（TBM）施工技术、TBM导洞扩挖技术应用中的优劣,TBM导洞扩挖法为深埋长隧道开挖提供了新的设计思路。由于深埋长隧道的建设环境与浅埋隧道建设环境存在显著差异,TBM施工将面临3个关键问题--岩爆问题、卡盾（大变形）问题和未准确探测前方地质而发生的施工事故（涌水、突泥等）。为揭示TBM施工过程中卡盾的存在性,分别针对某一特定地质条件下深埋软、硬岩TBM施工进行理论分析和数值模拟研究。结果表明,软岩地层TBM施工发生卡盾,而硬岩完整地层TBM施工未发生卡盾。 相似文献
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A Top Pilot Tunnel Preconditioning Method for the Prevention of Extremely Intense Rockbursts in Deep Tunnels Excavated by TBMs 总被引：2，自引：0，他引：2
Chuanqing Zhang Xiating Feng Hui Zhou Shili Qiu Wenping Wu 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2012,45(3):289-309
The headrace tunnels at the Jinping II Hydropower Station cross the Jinping Mountain with a maximum overburden depth of 2,525 m,
where 80% of the strata along the tunnels consist of marble. A number of extremely intense rockbursts occurred during the
excavation of the auxiliary tunnels and the drainage tunnel. In particular, a tunnel boring machine (TBM) was destroyed by
an extremely intense rockburst in a 7.2-m-diameter drainage tunnel. Two of the four subsequent 12.4-m-diameter headrace tunnels
will be excavated with larger size TBMs, where a high risk of extremely intense rockbursts exists. Herein, a top pilot tunnel
preconditioning method is proposed to minimize this risk, in which a drilling and blasting method is first recommended for
the top pilot tunnel excavation and support, and then the TBM excavation of the main tunnel is conducted. In order to evaluate
the mechanical effectiveness of this method, numerical simulation analyses using the failure approaching index, energy release
rate, and excess shear stress indices are carried out. Its construction feasibility is discussed as well. Moreover, a microseismic
monitoring technique is used in the experimental tunnel section for the real-time monitoring of the microseismic activities
of the rock mass in TBM excavation and for assessing the effect of the top pilot tunnel excavation in reducing the risk of
rockbursts. This method is applied to two tunnel sections prone to extremely intense rockbursts and leads to a reduction in
the risk of rockbursts in TBM excavation. 相似文献
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Mei Jie Zhang Wanzhi Xu Bangshu Zhu Yongxue Wang Bingkun 《Geotechnical and Geological Engineering》2021,39(7):5309-5323
For large cross-section tunnel in horizontal layered rock mass, blasting excavation often causes serious overbreak and underbreak. In this study, blasting excavation tests of tunnel upper face were conducted, blast-induced excavation damage and the influence mechanisms of weak beddings and joints were analyzed based on the Panlongshan tunnel. In order to achieve fine excavation, the cut mode of “center holes and four-wedge cutting holes”, the blasthole pattern of “empty holes, long holes, short holes and additional relief holes”, the maximum single-hole charge and the air-deck charge structure were proposed. Compared with the damage characteristics, overbreak and underbreak, and deformations of surrounding rock before and after optimization, the latter was better in tunnel contour formation and surrounding rock stability. The results show that after optimization, the large-area separation of vault rock mass is solved, the step-like overbreak of spandrel rock mass is reduced and the large-size rock block and underbreak are avoided. The maximum linear overbreak of vault, spandrel, and haunch surrounding rock is decreased by 42.3%, 53.7% and 45.1%, respectively. The underbreak at the bottom of the upper face is reduced from ??111.5 to ??16.5 cm. The average overbreak area is decreased by 61.1%. The surrounding rock displacement after optimization finally converges to the smaller value. The arch crown settlement and the horizontal convergence of haunch are reduced by about 21.6% and 18.3%, respectively. Furthermore, from the completion of blasting excavation to the stabilization of surrounding rock, it takes less time by using the optimized blasting scheme.
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