新建向莆铁路高盖山隧道岩爆预测研究

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1、264福建地质GeologyofFujian第3期新建向莆铁路高盖山隧道岩爆预测研究陈大桂(福建省地质调查研究院，福州，350013)摘要高盖山隧道岩爆预测采用程岩体分级标准判别法、Russenes岩爆判别法、Tur—chaninov岩爆判别法和Hoek岩爆别法等4种综合评定判别。当硬质脆性岩类隧道埋深小于240m时，不会产生岩爆；埋深240~368m时，可能产生轻微岩爆；埋深368～650m时，会发生中等规模岩爆；埋深大于650rn时会发生较强岩爆。关键词地应力岩爆预测向莆铁路高盖山岩爆是岩体中聚

2、积的变形能在洞室开挖过程中突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象，是一种直接威胁施工人员的地质灾害。发生岩爆的条件是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性，在这种条件下，由于洞室开挖破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中聚积的能量导致岩石破碎，并将破碎岩石抛出。根据对国内部分隧道钻爆法施工产生的岩爆情况统计分析，岩爆的发生与岩性、初始应力和开挖有关，前二者是必要条件，后者是触发条件_1]。岩爆是长大隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害，开展高盖山隧道岩爆预测研

3、究对于隧道的勘测设计、施工组织及安全生产具有重要的现实意义_2]。1工程概况新建向莆铁路高盖山隧道进口位于福建省永泰县同安镇连山村西北侧约600m处，经过同安镇的新村、潘岭寨村、丹洋、大洋镇的王洋、德洋，出口位于永泰县富泉镇的狮公潭。隧道为左右线设置，总体走向为92。，左线里程DK462+749～DK480+361，隧道全长17612m，最大埋深722．5m；右线里程DK462+733～DK480+350，隧道全长17617m，最大埋深723．0m。高盖山隧道属于长大隧道，是新建向莆铁路的控制性工程

4、之一。2地质背景高盖山隧道属剥蚀中低山地貌。区域地质上位于闽东火山断坳带的福鼎一云霄火山断陷带中段，北西向的顺昌一闽清断裂带从测区的东北侧经过，闽江口一永定北东东向断裂带在测区东南部穿过。在复杂的区域构造背景下，区内构造主要发育有燕山晚期脆性断裂，走向为北东(东)、北(北)西。地质测绘与物探、．遥感解译等确定的断层共有49条(有编号收稿日期：2010—06—07作者简介：陈大桂(1976)，男，工程师，地质学专业。第3期陈大桂：新建向莆铁路高盖山隧道岩爆预测研究265的)。其中穿越隧道的断层共有41

5、条(图1)。隧道经过地段围岩大部分为流纹岩、英安质晶屑熔结凝灰岩、碎斑熔岩及晶洞碱长花岗岩等硬质脆性岩。回：回s囤4回s回回图1高盖山隧道(左线)硐身纵断面地质略图Fig．1TheschematicgeologicalmapofthelongitudinalprofileoftheGaogaishantunnel1早白垩世寨下组上段流纹岩、石泡流纹岩；2一晚侏罗世南园组第三段英安质晶屑凝灰熔岩、流纹英安质凝灰熔岩；3一晚侏罗世碎斑熔岩；4早白垩世中洋里单元似斑中细粒晶洞碱长花岗岩；5二长花岗斑岩脉；

6、6断层编号3地应力的计算根据高盖山隧道水压致裂法地应力测试成果，高盖山隧道测试区域最大水平主应力侧压系数为1．25，最小水平主应力侧压系数为1．1。测区应力场主要受构造应力作用影响，其应力量值属中等水平，测试区域内>>。最大水平主应力方位为N48。～77。E。4岩爆灾害预测由于隧道长度大，洞身埋深普遍大，在复杂的地应力场环境和岩体结构条件下，隧道开挖引起局部应力集中，可能产生灾害性问题，如发生较强烈的岩爆等。高盖山隧道洞身围岩大部分为流纹岩、英安质晶屑熔结凝灰岩、碎斑熔岩及晶洞碱长花岗岩等硬质脆性岩

7、，其最大埋深(H⋯)为723m，围岩容重(-／)为27kN／m。，单轴饱和抗压强度取(R)为8OMPa。水平最大主应力()为1．25MPa，()为24．4MPa、水平最小主应力()为1．1MPa；()为21．47MPa，竖向应力(口)为19．52MPa。参考区域地质报告，场地应力场以北东东向(N65。E)为最大主压应力，与隧道线路夹角35。，与隧道横截面夹角取(a)为55。。采用工程岩体分级标准判别法、Russenes岩爆判别法、Turchaninov岩爆判别法及Hoek岩爆判别法等4种方法综合评定

8、进行预测。根据以下公式进行计算：竖向地应力Oz(MPa)：O一H-／／1000水平最大地应力(MPa)：O一1．25×7×H／1000水平最小地应力(MPa)：Oh一1．1×丫xH／1000轴向应力OI(MPa)：Ol_一0．5×(口H+Oh)一0．5×(H4-Oh)×cos2a横截面最大应力O(MPa)：O⋯一0．5×(H4-ah)+0．5×(OH-O-h)×cos2a横截面最大切向应力。(MPa)：O一(3×O⋯一z，3×Oz—⋯)4．1工程岩体分级标准判别法《工