基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测.pdfVIP

第47卷 第21期 人 民 长 江 Vo1．47．No．21 2016年 11月 Yangtze River Nov．， 2016 文章编号 ：1001—4179(2016)21—0062—05 基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测 邓 思 文 ，陈 恩瑜 ，马 池 帅 ，谭 贤君 (1．中国葛洲坝集 团第三工程公司，陕西 西安 710000； 2．中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程 国家重点实验室，湖北 武汉 730071) 摘要 ：根据 巴基斯坦 N—J水 电站 TBM 引水隧洞地质构造和岩体赋存状况 ，采用套孔应力解除技术对深埋 TBM 隧道进行 了现场地应力实测，进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影 响区。岩石力 学室内试验结果表 明：砂岩 的储能极限对卸载速率不敏感 ，在一定初始 围压下基本为定值 。在此基础上 ，从岩 爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道 围岩能量分布变化规律 ，预测不同埋深、不 同地应力场条件下隧 洞岩爆的级别及规模 范围。研 究成果可为深部地 下工程岩爆 的预 测提供一种新 的思路 。 关 键 词 ：地应力测试 ；能量判据 ；构造影 响区；岩爆 中图法分类号 ：P642 文献标志码 ：A DOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．21．014 高地应力卸荷诱发的岩爆是 目前深部地下工程经 研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新 的 常遇到的一种典型工程地质灾害…。深埋脆性 、高强 思路。 硬岩 、构造发育的隧道开挖时 ，平衡状态被破坏 ，很容 1 工程概况 易以突然、急剧、猛烈的形式释放岩体变形势能而产生 岩爆这一特殊动力失稳现象 。 巴基斯坦 N—J水 电站的TBM引水隧洞为两条平 基于对岩爆发生影响因素、破坏机制、预测判据及 行圆形隧道，洞径为8．53m，间距 25m，最大埋深处达 防护措施等所进行的一系列理论、试验和工程研究 ，国 1920m。引水隧洞所在区域构造运动强烈 、地震活动 内外学者从强度 、刚度 、能量 、断裂 、损伤 以及 突变 频繁 ，沟脊相间、冲沟发育，地形地质条件较为复杂 ，为 等 方面形成了不同的预测理论判据 ，并在一些工程 典型高地应力场孕育环境 。 实例 中得到了印证 。 隧洞地层主要为第三系 murree组 ，围岩岩性主要 岩爆发生有两个必要条件 ：即围岩体本身须具有 为 SS一1青灰色砂岩和紫红色 SS一2+Mst．泥质粉砂 高储能特性 ；原岩应力场须具备高应变能积聚应力环 岩夹泥质岩。SS一1青灰色砂岩呈 中厚层 一厚层分 境 。围岩体 自身特性一般通过室 内力学试验确 布 ，具有 “硬 、脆 、碎 ”特性 。埋深超过 1000m的 Q2、 定 ；由于地质条件复杂 ，原岩应力场状态常根据地勘资 Q3地层约占45％，对应砂岩的单轴抗压强度高达 150 料 、经验公式等手段确定 ，这使岩爆预测结果具有一定 MPa。 的局限性和不确定性 。 对于深埋围岩高地应力区，在 TBM掘进过程中产 本文根据 N—J水电站TBM引水隧洞地质构造和 生岩爆的风险很大。现场 曾多次发生岩爆事件 ，如 岩体赋存状况 ，采用套孔应力解除技术对深埋 TBM 隧 2015年5月31日TBM隧道掘至埋深约为 1150m，背 道开展现场地应力实测研究。基于地应力实测与室内 斜南侧翼舒缓波状起伏褶 曲处时，受局部构造应力影 力学试验结果 ，