隧道岩爆和大变形综合集成预测研究

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1、隧道岩爆和大变形综合集成预测研究　　中图分类号：U4文献标识码：A文章编号：1007-0745（2013）09-0343-02摘要：岩爆与大变形是隧道工程施工中的需要进行考虑的重要问题，与隧道工程的岩体结构和应力作用有很大的关系。进行隧道岩爆以及大变形的综合集成预测分析，有利于提高隧道工程的施工工艺水平与质量效果。本文将应用数值模拟方法，以某隧道工程大埋深环境下围岩应力分布特征为例，通过模拟分析，对于该隧道工程施工中可能发生的围岩大变形以及岩爆部位进行预测分析。关键词：隧道施工岩石爆破应力分布大变形爆破

2、位置效果预测5某隧道工程为该地区二级公路的重要隧道工程施工标段，隧道全长约为4000多米，净宽约9米，净高约7.6米，是一个双向行驶的越岭特长人字坡单洞两车道隧道工程。在进行该隧道工程施工中，由于隧道施工地段位于盆地边缘的山区地形中，该地区的地质结构岩层活动强烈，以溶蚀高中山地形为主，山顶与山谷地区的高度落差值比较大，约在1100米到1800米之间，隧道施工地区的山岭地势走向与该地区的主要地质结构走向一致，该地区地形的主要地质结构走向为NWW向，地质结构的最大主应力分布方向为NEE向，与隧道工程的洞轴线

3、趋于平行，隧道工程中围岩结构的应力作用方向与隧道洞壁相垂直。如下图1所示，为该隧道工程的地质岩层结构分布示意图。本文将结合该隧道工程的大埋深环境下围岩应力分布特征，应用数值模拟方法进行隧道工程大埋深环境下的围岩应力特征模拟分析后，对于隧道爆破施工中的围岩大变形以及岩爆部位进行综合集成预测分析。1、隧道岩层大变形与数值模拟分析研究在上述隧道工程中，由于特殊的地质结构与环境特征，在进行隧道开挖掘进施工中，存在有一组软岩地质结构施工底层，由于软岩岩层本身的岩层强度比较小，因此，在进行该段特殊地质岩层结构的隧道

4、掘进施工中，需要对于岩层的大变形问题进行分析，并通过数值模拟对于岩层大变形程度进行预测，以保证特殊岩层地质的隧道工程施工质量。如下表1所示，为该隧道工程软岩岩层的岩体强度参数表。表1某隧道工程软岩岩层的岩体强度参数表在进行该软岩岩层地段的隧道掘进施工中，施工埋深设置在350米到800米之间，工程施工中岩体结构的最大主应力在12.03Mpa到25.72Mpa之间，岩体结构的垂直应力为10.41Mpa到22.36Mpa，水平应力作用为6.93Mpa到15.935Mpa，根据这一特殊地质结构岩层隧道工程施工中

5、的埋深情况与应力作用大小，结合上表1所示某隧道工程软岩岩层的岩体强度参数值，在进行该隧道工程施工中，由于施工埋深设置比较大，并且地质结构应力作用也相对较大，而岩层结构中的岩体强度比较小，岩层软弱性比较高，因此，施工中需要对于岩层的大变形可能性进行模拟和预测分析。在上述隧道工程施工过程中，根据对于隧道工程的施工观测，隧道出口端掘进施工至软岩岩层时，隧道工程中的掌子面正前方出现鼓包现象，其中，隧道工程中掌子面正前方的软岩岩层倾角明显比隧道两端对应岩层的倾角要小，表现为隧道掌子面正前方软岩岩层倾角大小在52度

6、到58度之间，而隧道两帮岩层的倾角大小却在64度到67之间，倾角相差约为12度，并且在该工程的这一地区底部明显出现弯折现象，岩体极易产生破碎。如下图2所示，为该软岩岩层隧道底部变形示意图。图2软岩岩层地区隧道底部变形示意图根据这一地区隧道工程表面的倾角变化与底部弯折变形情况，在对其原因分析中发现主要是由于该地区软岩岩层的岩体强度较弱，而与隧道轴线相平5行的最大主应力较大造成的。根据该隧道工程出口段掌子面的这一岩层大变形情况，为了避免隧道施工中其他地区岩层出现大变形，对于隧道施工造成影响，特使用数值模拟方

7、法针对隧道的两帮与拱顶部位，在隧道开挖施工后毛洞内的围岩变形情况进行数值模拟分析，假设隧道施工中埋深为440米，应力作用分别为岩体最大主应力为12.03Mpa，垂直应力为10.41Mpa，水平应力为6.93Mpa至15.93Mpa之间。2、隧道大埋深施工环境下岩爆模拟预测分析在隧道工程施工中，岩爆是在高应力作用条件下，隧道工程的地下掘进施工导致围岩结构中应力作用重新分布，从而造成隧道围岩中的硬脆性岩体在短时间内产生的储备弹性应变能突然或者是快速的进行释放，发生岩体石块剥落以及弹射、抛掷等动力性地质灾害情

8、况。通常情况下，一旦隧道工程施工中出现岩爆现象，其危害作用十分大。根据岩爆形成过程来看，在隧道工程施工中岩爆的发生多是与岩体能否进行足够大的能量储存以及岩体中是否储存了较高的能量、岩体储存能量释放方式、岩体中是否有释放的能量等有关，而在上述隧道工程施工中，软岩岩层地区的隧道施工，其岩层岩体的单轴抗压强度大小为58Mpa，施工最大埋深超过1100米，根据这一情况在对于该地区的地质勘查与计算推测后发现，较大埋深的隧道施工地段有可能会发生岩爆情况