高地应力条件下隧道tbm施工岩爆分析.pdfVIP

第４７卷 第７期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．７ ２０１６年 ４月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　 Ａｐｒ．， ２０１６ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１６）０７－００６４－０４ 高地应力条件下隧道ＴＢＭ施工岩爆分析 陈　琼，陈 恩瑜 （中国葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西 西安 ７１００６５） 摘要：高应力条件下，地下工程在脆性岩体中施工很容易导致岩爆的发生。以 Ｎ－Ｊ水电站大埋深引水隧洞 为研究对象，首先采用应力解除法进行现场地应力测试，发现引水隧洞的地应力以构造应力为主，最大主应力 达到了１０７ＭＰａ，较高的地应力水平是导致现场岩爆发生的主要原因。为进一步分析引水隧洞岩爆规律，将 地应力场转换至隧道局部坐标，在考虑地应力场剪应力影响的情况下，采用能量判据，通过数值方法计算得到 了岩爆的分布范围。 关　键　词：高地应力；岩爆；应力解除法；ＴＢＭ 中图法分类号：ＴＶ５４２　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－４１７９．２０１６．０７．０１４ 　　随着交通、水利水电和能源等各类工程建设的推 １　工程概况 进，各类深埋洞室不断出现，如巴基斯坦 Ｎ－Ｊ水电站 引水隧洞最大埋深达到了１９２０ｍ。越来越多的工程 巴基斯坦 Ｎ－Ｊ水电引水隧洞部分洞段采用 ＴＢＭ 实例表明，随着隧道埋深的增加，地应力也迅速增 施工，ＴＢＭ施工段为 ２条平行圆形隧道，隧洞直径为 大，地下工程施工期间的岩体开挖破坏了岩体原始地 ８．５３ｍ，净间距２４．５ｍ，单条长度约 １１．５ｋｍ。 应力状态，进而引起一系列与地应力释放相关联的变 引水隧洞所在地段沟脊相间、冲沟发育，地形地质 形和破坏现象，在脆性岩石中主要以岩爆地质灾害为 条件较为复杂。隧洞地层为第三系 Ｍｕｒｒｅｅ组，围岩以 主［１－５］。 ＳＳ－１青灰色砂岩和紫红色 ＳＳ－２粉砂岩夹泥质岩为 岩爆作为一种复杂的动力失稳现象，是在高应力 主。其中ＳＳ－１砂岩具有“硬、脆、碎”特性，单轴抗压 条件下，硬脆性岩体在短时间内产生的储备弹性应变 强度高达１６０ＭＰａ以上。此外，该区域构造运动强烈、 能突然、快速释放，并发生岩块剥落、弹射甚至抛掷、 地震活动频繁，引水隧洞埋深较大，为高地应力场的形 突发性破裂。岩爆的发生受围岩体的强度、初始地应 成提供了条件。 力状态、岩体构造环境、工程布置和施工工艺等多种 硬脆的ＳＳ－１砂岩在高地应力条件下进行 ＴＢＭ 因素影响，其中围岩体初始地应力状态一般通过现场 开挖，很容易发生岩爆。Ｎ－Ｊ水电站引水隧道在开挖 地应力测试得到，但由于地壳深部地质条件复杂，岩爆 埋深约 １２２０ｍ处时发生了一次强岩爆，拱顶的岩爆 区的地应力测试成果相对较少。因此，开展岩爆区现 主要集中在 １０～１２点钟方向，岩爆的最大爆坑深度达 场地应力测量，对于现场岩爆的分析和预测具有重要 到了３ｍ以上。 意义［６－１２］。 为防止岩爆再次发生，需要开展现场地应力测试 本文以巴基斯坦 Ｎ－Ｊ（尼鲁姆 －杰卢姆）水电站 研究，确定导致岩爆发生的初始应力场分布，为后续大 ＴＢＭ施工引水隧洞为研究对象，采用应力解除法对岩 埋深段岩爆分析和预测提供科学指导。 爆区地应力进行实测研究。利用现场测得的地应力 ２　引水隧