深埋隧道岩爆倾向性评估方法

深埋隧道岩爆倾向性评估方法
吴春成１ 朱志辉２ 张 伟３
（１．中国铁路青藏集团有限公司， 西宁 ８１０００７； ２．西藏铁路建设有限公司， 拉萨 ８５００００；３．东北大学， 沈阳 １１０８１９）
摘 要：深埋硬岩隧道开挖过程中岩爆风险较高，开展岩爆倾向性评估方法研究具有重要意义。文章以某隧 道工程为研究背景，统计分析了岩爆发生情况；将岩爆倾向性单指标评估方法按能否反映硐室开挖过程的影 响和初始应力场的偏应力特征分为两类，并分别利用 Ｂａｒｔｏｎ判据、陶振宇判据、Ｈｏｅｋ判据、二郎山隧道判据对 该隧道岩爆倾向性进行了评估分析；对比分析了两类评估方法在该隧道应用的适用性，研究结果表明：反映 洞室开挖过程影响和初始应力场偏应力特征的判据方法对岩爆倾向性判别的准确率较低，但能够判断岩爆 可能发生位置，且在大尺度上采用 Ｂａｒｔｏｎ判据、陶振宇判据能较为准确评价岩爆风险等级。研究结果可为深 埋隧道岩爆倾向性判别提供科学依据与参考。 关键词：深埋隧道；岩爆倾向性；经验；判据；适用性 中图分类号：Ｕ４５５６ 文献标志码：Ａ
２０１９年 ８月 第 １０卷 第 ４期
高 速 铁 路 技 术 ＨＩＧＨ ＳＰＥＥＤＲＡＩＬＷＡＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
文 章编号：１６７４—８２４７（２０１９）０４—００７６—０５ ＤＯＩ：１０．１２０９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８２４７．２０１９．０４．０１６
Ｎｏ．４，Ｖｏｌ．１０ Ａｕｇ．２０１９
第 ４期
吴春成，等：深埋隧道岩爆倾向性评估方法
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐｔｕｎｎｅｌ；ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙ；ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ；ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ
２０１９年 ８月
某隧道位于我国西南部，埋深达 ２０００ｍ，岩爆风 险极高［１］。迄今已发生上百次岩爆，中等及以上岩爆 次数较多。岩爆倾向性判别是深埋高应力隧道开挖过 程中的重要内容，因此，开展深埋隧道岩爆倾向性判别 方法研究具有重要意义。
收稿日期：２０１８１０１０ 作者简介：吴春成（１９６９），男，高级工程师。 引文格式：吴春成，朱志辉，张伟．深埋隧道岩爆倾向性评估方法［Ｊ］．高速铁路技术，２０１９，１０（４）：７６－８０．
ＷＵＣｈｕｎｃｈｅｎｇ，ＺＨＵＺｈｉｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＷｅｉ．ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｏｆＲｏｃｋｂｕｒｓｔＴｅｎｄｅｎｃｙｉｎＤｅｅｐＴｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１９，１０（４）：７６－８０．
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ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｏｆＲｏｃｋｂｕｒｓｔＴｅｎｄｅｎｃｙｉｎＤｅｅｐＴｕｎｎｅｌｓ
ＷＵＣｈｕｎｃｈｅｎｇ１ ＺＨＵＺｈｉｈｕｉ２ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ３ （１．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＱｉｎｇｈａｉＴｉｂｅｔＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１０００７，Ｃｈｉｎａ；
２．ＴｉｂｅｔＲａｉｌｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｈａｓａ ８５００００，Ｃｈｉｎａ； ３．ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
关于岩爆倾向性判别方法，国内外学者在强度、刚 度、Baidu Nhomakorabea变、分形和能量等诸多方面提出了众多岩爆风险 和倾向性估计判据。代表性的有岩爆变量公式预测、 经验判据评 判、人 工 神 经 网 络 预 测、模 糊 数 学 综 合 评 判、模糊概率风险预测、可拓物元评判、距离判别分析 方法等。岩爆倾向性判别方法可概括性地化分为单指 标经验判据和多因素经验评价指标或系统两大类。单 指标经验判据方法多以强度、能量和刚度等理论为基 础，典 型 性 的 判 别 方 法 有 Ｈｏｅｋ判 据［２］、Ｒｕｓｓｅｎｅｓ判 据［３］、Ｔｕｒｃｈａｎｉｎｏｖ判据［４］、二郎山隧道判据［５］、陶振宇 判据［６］、Ｂａｒｔｏｎ判据［７］等。面对不同工程概况，各类岩 爆倾向性判据方法的适用性不同。为准确判定深埋隧 道开挖过程中的岩爆倾向性，有必要针对各类岩爆倾 向性经验判据方法，开展适用性对比分析研究。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｏｃｃｕｒｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｄｕｒｉｎｇｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｄｅｅｐｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｓ．Ｉｔｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙ．Ｔｈｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｒｏｃｋｂｕｒｓｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆｏｎｅｔｕｎｎｅｌ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｈａｍｂｅｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｄｅｖｉａｔｏｒｙｓｔｒｅｓｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎｉｔｉａｌ ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｓｉｎｇｌｅｉｎｄｅｘｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｔｙｐｅｓ．ＵｓｉｎｇＢａｒｔｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ＴａｏＺｈｅｎｙｕｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ＨｏｅｋｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄＥｒｌａｎｇＭｏｕｎｔａｉｎＴｕｎｎｅｌｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｔｏｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｒｅｆｌｅｃｔｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｃａｎｊｕｄｇｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔ，ａｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｒａｔｅｏｆｔｈｅ ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙｉｓｌｏｗ．ＴｈｅＢａｒｔｏｎｃｒｉｔｅｒｉｏｎａｎｄＴａｏＺｈｅｎｙｕｃｒｉｔｅｒｉｏｎｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｒｏｃｋｂｕｒｓｔｒｉｓｋ ｇｒａｄｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｏｎａｌａｒｇｅｓｃａｌｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｔｈｅ ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｄｅｅｐｔｕｎｎｅｌｓ．