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1、隧道巖爆和大變形綜合集成預(yù)測研究 中圖分類號：U4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-0745（2013）09-0343-02摘要：巖爆與大變形是隧道工程施工中的需要進(jìn)行考慮的重要問題，與隧道工程的巖體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力作用有很大的關(guān)系。進(jìn)行隧道巖爆以及大變形的綜合集成預(yù)測分析，有利于提高隧道工程的施工工藝水平與質(zhì)量效果。本文將應(yīng)用數(shù)值模擬方法，以某隧道工程大埋深環(huán)境下圍巖應(yīng)力分布特征為例，通過模擬分析，對于該隧道工程施工中可能發(fā)生的圍巖大變形以及巖爆部位進(jìn)行預(yù)測分析。關(guān)鍵詞：隧道施工巖石爆破應(yīng)力分布大變形爆破
2、位置效果預(yù)測5某隧道工程為該地區(qū)二級公路的重要隧道工程施工標(biāo)段，隧道全長約為4000多米，凈寬約9米，凈高約7.6米，是一個雙向行駛的越嶺特長人字坡單洞兩車道隧道工程。在進(jìn)行該隧道工程施工中，由于隧道施工地段位于盆地邊緣的山區(qū)地形中，該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖層活動強烈，以溶蝕高中山地形為主，山頂與山谷地區(qū)的高度落差值比較大，約在1100米到1800米之間，隧道施工地區(qū)的山嶺地勢走向與該地區(qū)的主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)走向一致，該地區(qū)地形的主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)走向為NWW向，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的最大主應(yīng)力分布方向為NEE向，與隧道工程的洞軸線
3、趨于平行，隧道工程中圍巖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力作用方向與隧道洞壁相垂直。如下圖1所示，為該隧道工程的地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)分布示意圖。本文將結(jié)合該隧道工程的大埋深環(huán)境下圍巖應(yīng)力分布特征，應(yīng)用數(shù)值模擬方法進(jìn)行隧道工程大埋深環(huán)境下的圍巖應(yīng)力特征模擬分析后，對于隧道爆破施工中的圍巖大變形以及巖爆部位進(jìn)行綜合集成預(yù)測分析。1、隧道巖層大變形與數(shù)值模擬分析研究在上述隧道工程中，由于特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與環(huán)境特征，在進(jìn)行隧道開挖掘進(jìn)施工中，存在有一組軟巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)施工底層，由于軟巖巖層本身的巖層強度比較小，因此，在進(jìn)行該段特殊地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)的隧道
4、掘進(jìn)施工中，需要對于巖層的大變形問題進(jìn)行分析，并通過數(shù)值模擬對于巖層大變形程度進(jìn)行預(yù)測，以保證特殊巖層地質(zhì)的隧道工程施工質(zhì)量。如下表1所示，為該隧道工程軟巖巖層的巖體強度參數(shù)表。表1某隧道工程軟巖巖層的巖體強度參數(shù)表在進(jìn)行該軟巖巖層地段的隧道掘進(jìn)施工中，施工埋深設(shè)置在350米到800米之間，工程施工中巖體結(jié)構(gòu)的最大主應(yīng)力在12.03Mpa到25.72Mpa之間，巖體結(jié)構(gòu)的垂直應(yīng)力為10.41Mpa到22.36Mpa，水平應(yīng)力作用為6.93Mpa到15.935Mpa，根據(jù)這一特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)巖層隧道工程施工中
5、的埋深情況與應(yīng)力作用大小，結(jié)合上表1所示某隧道工程軟巖巖層的巖體強度參數(shù)值，在進(jìn)行該隧道工程施工中，由于施工埋深設(shè)置比較大，并且地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用也相對較大，而巖層結(jié)構(gòu)中的巖體強度比較小，巖層軟弱性比較高，因此，施工中需要對于巖層的大變形可能性進(jìn)行模擬和預(yù)測分析。在上述隧道工程施工過程中，根據(jù)對于隧道工程的施工觀測，隧道出口端掘進(jìn)施工至軟巖巖層時，隧道工程中的掌子面正前方出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，其中，隧道工程中掌子面正前方的軟巖巖層傾角明顯比隧道兩端對應(yīng)巖層的傾角要小，表現(xiàn)為隧道掌子面正前方軟巖巖層傾角大小在52度
6、到58度之間，而隧道兩幫巖層的傾角大小卻在64度到67之間，傾角相差約為12度，并且在該工程的這一地區(qū)底部明顯出現(xiàn)彎折現(xiàn)象，巖體極易產(chǎn)生破碎。如下圖2所示，為該軟巖巖層隧道底部變形示意圖。圖2軟巖巖層地區(qū)隧道底部變形示意圖根據(jù)這一地區(qū)隧道工程表面的傾角變化與底部彎折變形情況，在對其原因分析中發(fā)現(xiàn)主要是由于該地區(qū)軟巖巖層的巖體強度較弱，而與隧道軸線相平5行的最大主應(yīng)力較大造成的。根據(jù)該隧道工程出口段掌子面的這一巖層大變形情況，為了避免隧道施工中其他地區(qū)巖層出現(xiàn)大變形，對于隧道施工造成影響，特使用數(shù)值模擬方
7、法針對隧道的兩幫與拱頂部位，在隧道開挖施工后毛洞內(nèi)的圍巖變形情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析，假設(shè)隧道施工中埋深為440米，應(yīng)力作用分別為巖體最大主應(yīng)力為12.03Mpa，垂直應(yīng)力為10.41Mpa，水平應(yīng)力為6.93Mpa至15.93Mpa之間。2、隧道大埋深施工環(huán)境下巖爆模擬預(yù)測分析在隧道工程施工中，巖爆是在高應(yīng)力作用條件下，隧道工程的地下掘進(jìn)施工導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)中應(yīng)力作用重新分布，從而造成隧道圍巖中的硬脆性巖體在短時間內(nèi)產(chǎn)生的儲備彈性應(yīng)變能突然或者是快速的進(jìn)行釋放，發(fā)生巖體石塊剝落以及彈射、拋擲等動力性地質(zhì)災(zāi)害情
8、況。通常情況下，一旦隧道工程施工中出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，其危害作用十分大。根據(jù)巖爆形成過程來看，在隧道工程施工中巖爆的發(fā)生多是與巖體能否進(jìn)行足夠大的能量儲存以及巖體中是否儲存了較高的能量、巖體儲存能量釋放方式、巖體中是否有釋放的能量等有關(guān)，而在上述隧道工程施工中，軟巖巖層地區(qū)的隧道施工，其巖層巖體的單軸抗壓強度大小為58Mpa，施工最大埋深超過1100米，根據(jù)這一情況在對于該地區(qū)的地質(zhì)勘查與計算推測后發(fā)現(xiàn)，較大埋深的隧道施工地段有可能會發(fā)生巖爆情況
