岩爆与大变形专题分析
铁路隧道双指标高地应力界定及岩爆大变形分级标准
铁路隧道双指标高地应力界定及岩爆大变形分级标准隧道工程是现代交通建设中不可或缺的重要组成部分。
隧道的稳定性和安全性对于铁路运输的顺畅和乘客的安全具有重要意义。
在隧道开挖和使用过程中，高地应力和岩爆大变形是两个关键指标，对隧道工程的设计和运营都有着重要影响。
首先，我们需要明确什么是高地应力。
高地应力是指岩体内部承受的来自地层重力和地壳构造压力而引起的应力状态。
在开挖隧道时，如果隧道经过的地层中存在高应力区域，会对隧道的开挖和支护造成较大困难，并且可能引发岩体的破坏和塌陷。
因此，准确界定高地应力的范围和区域是非常重要的。
在高地应力界定方面，有一些常用的方法和指标可以参考。
首先是现场实测，通过钻孔和试验等手段获取地层的物理力学参数，如岩石的抗压强度、岩体的刚度等，从而推算出地层的应力状态。
其次是通过地质勘探，分析地层的构造和变形情况，结合地质构造图和构造应力场分析，来推测地层的应力状态。
此外，还可以使用数值模拟方法，利用有限元等数值方法进行计算，模拟地层受力状态。
综合这些方法和指标，我们可以制定出适合具体隧道工程的高地应力界定标准。
其次是岩爆大变形。
这是指在隧道开挖和使用过程中，岩体因应力变化或其他影响导致的大规模破坏和变形现象。
岩石爆破会导致岩层的破碎和溃决，而岩爆大变形则是岩体内部应力不均匀引起的大规模塌陷现象。
岩爆大变形不仅对隧道工程造成直接的破坏，也会威胁到隧道的使用安全。
在岩爆大变形分级标准方面，目前还没有统一的标准可供参考。
不同地区的隧道工程经验和地质条件不同，因此需要根据具体情况进行分级和评估。
一般来说，可以根据隧道的位置、地质条件、支护方式等因素来确定岩爆大变形的风险等级。
例如，隧道所处地质稳定的区域和采用了充分有效的支护措施的隧道可以确定为低风险等级；而处于地质不稳定区域且采取临时性或不足的支护措施的隧道可以确定为高风险等级。
根据不同的风险等级，可以制定相应的岩爆大变形分级标准，确定隧道工程的支护方案和安全措施。
高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析
高应力隧道施工岩爆大变形风险评估技术的分析发表时间：2019-04-30T11:06:01.377Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：刘强[导读] 摘要：随着我国隧道建设的迅猛发展，在高应力隧道建设施工过程中，常常会发生岩爆、大变形等灾害，不仅延误工期、产生重大经济损失，甚至还会造成施工人员伤亡，因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
中铁隧道股份有限公司摘要：随着我国隧道建设的迅猛发展，在高应力隧道建设施工过程中，常常会发生岩爆、大变形等灾害，不仅延误工期、产生重大经济损失，甚至还会造成施工人员伤亡，因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。
本文重点研究岩爆与大变形灾害成因，总结其主要影响因素，阐述了岩爆、大变形风险评估指标建立原则，并就施工时岩爆和大变形风险动态评估进行说明，为高地应力隧道施工提供有效指导。
关键词：隧道施工；岩爆；大变形；风险评估1岩爆、大变形主要影响因素分析对于高地应力隧道，受高地应力影响，岩体被挤压、拉裂，因而变得松弛起来，一般很容易形成岩爆或是大变形等灾害，这会对施工进度产生不利影响。
高地应力软岩大变形是施工过程中的一大常见问题。
引起隧道施工岩爆、大变形的主要因素也可归因于为地质条件、设计因素、施工因素三大类。
1.1地质因素地质因素可概况为以下几方面：岩石强度、围岩完整性、岩石脆性特征、地下水状况、地应力大小等。
岩石的强度反映岩石的坚硬程度，岩质越坚硬，岩体越易存储应变能，发生岩爆的可能性越大。
若岩石的强度较小，那么其承载能力也较小，容易在隧道开挖过程后产生较大的变形。
软岩隧道基本不发生岩爆，岩爆主要发生在岩石强度较大的坚硬岩隧道。
变形主要发生在岩石的单轴抗压强度较小的软质岩隧道。
围岩完整性一般包括岩体节理、裂隙、层理等发育情况，通常越完整的岩石发生岩爆的概率越大。
结构面的存在能够破坏围岩的完整性，在隧道开挖过程中，围岩越破碎，稳定性越差，发生大变形、坍塌的可能性也就越大。
岩爆与大变形6_1_[1].1
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挤压性围岩应具有下列特征: 挤压性围岩应具有下列特征:
a-只要应力和材料特性的特殊组合使隧道周围的某些区域超过蠕 变开始所需的临界剪应力,任何岩土介质中均可发生挤压现象; b-隧道挤压收敛变形量,变形速率,洞周塑性区范围,取决于地 质条件,强度应力比,地下水流量,孔隙水压力以及岩体性质; c-在节理化岩体中可能发生因为支护能力不足的,局限于顶部和 侧墙的大变形不包括在挤压变形范畴内; d-与时间相关的变形也可能发生在膨胀岩体中,挤压变形通常不 意味着体积增加; e-挤压变形与隧道开挖和支护技术及步序密切相关,若支护滞后, 岩体将向洞内移动并造成应力重分布,相反,若岩体变形被抑制, 挤压将导致支护结构遭受长期加载.
长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议: 长期以来,国内对软岩和弱岩的定义存在较大争议:
软岩一般指岩石(intact rock),即单轴抗压强度为0.5～20MPa的岩石 (ISRM,国际岩石力学学会),或单轴抗压强度小于17MPa的岩石, 或饱和单轴抗压强度小于30MPa的岩石(工程岩体分级标准-1994,岩 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩/粉砂岩 粉砂岩, 挤压大变形隧道则主要出现在以泥岩,泥质砂岩 粉砂岩, 土工程勘察规范-2004). 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩, 粘土岩,泥灰岩,煤系地层,复理石为主的沉积岩,以 Hoek & Marinos (2000)将完整岩块(即岩石)单轴抗压强度<25MPa 定义为弱岩(Weak rock). 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩, 页岩,片岩,泥质板岩,千枚岩,蛇纹岩,片麻岩等为 我国煤矿系统在1984年12月的昆明会议上将松软岩层定义为"强度低, 空隙大,胶结程度差,受构造切割面及风化影响显著或含有大量膨胀 主的变质岩等这些传统软岩中. 主的变质岩等这些传统软岩中.断层破碎带岩体与传统 粘土矿物成分的松,散,软,弱岩层",显然这里的软岩是岩体,是 软岩相比, 软岩相比,大变形本质相同但影响因素和过程却存在着 松散软弱岩层的简称. E. Hoek (1998)对弱岩体进行了如下定义 "弱岩体是由构造运动造成 显著差别. 显著差别. 的,微观表现为原岩受到了剪切和压碎,原联结结构受到了扰动,工 程特点表现为岩体强度非常低,隧道或边坡开挖很容易诱发失稳破 坏". 顾宝和等(2006)将断层破碎带岩体归为具有不良地质特性并易引发工 程事故的"劣质岩"之一.
软岩大变形研究现状
隧道围岩大变形阶段报告1．概述深埋隧道通过软岩和断层带时,在高的地应力和富水条件下通常产生大变形.这种隧道围岩变形量大,而且位移速度也很大,一般可以达到数十厘米到数米,如果不支护或支护不当,收敛的最终趋势是隧道将被完全封死,如果发生在永久衬砌构筑以前,往往表现为初期支护严重破裂、扭曲,挤出面侵入限界.这种大变形危害巨大,严重影响施工工期或者线路正常运营,而且整治费用高昂.在国内外相继出现了大量的隧道围岩大变形工程实例,并且在治理这些问题中取得了很多经验.日本的岩手隧道,长25.8km,采用新奥法施工.地质条件为凝灰岩与泥岩互层,单轴抗压强度为2~6MPa.施工中净空位移和拱顶沉降都是很大的,上断面的净空位移100~400mm,最大到411mm；下断面的净空位移最大为200mm,拱顶下沉为10~100mm.日本惠那山隧道,长8.635km,围岩以花岗岩为主,其中断层破碎带较多,局部为粘土,岩体节理发育、破碎,岩石的抗压强度为 1.7~3.0MPa,隧道埋深为400~450m,原始地应力为10~11MPa.施工时产生了大变形,在地质最差的地段,拱顶下沉达到930mm,边墙收敛达到1120mm,有600cm2面积的喷射混凝土侵入模筑混凝土净空.最后采用9.0m和13.5m的长锚杆,并重新喷护20cm厚的钢纤维混凝土后,结构才得以基本稳定.陶恩隧道长6400m,开挖断面面积90-105m2,位于显著变质的岩带内,如片岩、千枚岩等,主要岩层为绢云母、千枚岩夹绿泥石,抗压强度,洞内无地下水活动,隧道埋深为600-1000m,原始地应力为16.0-27.0 MPa,侧压力系数近似为1.0,围岩强度比为.陶恩隧道采用台阶法施工,在设计时,由于对在挤压性围岩隧道施工缺乏经验,采用的初期支护参数较小,导致拱顶发生1.2m的位移.而后把锚杆改为6m,并初次采用纵向伸缩缝,缝宽20cm,间隔3m,支撑也是可缩的,并在隧道底部增加了隧底锚杆,喷射混凝土厚度保持25cm不变.上述补强措施对大变形起到了一定的控制作用,但已完成段,其洞壁已严重侵入二次衬砌净空,只能采取扩挖的办法处理,增加了施工的难度,同时又具有一定的危险性.此时的净空收敛大约是20-25cm.要再大时,要增打9m以上长度的锚杆.奥地利阿尔贝格隧道隧道长13980m,开挖断面面积90-103m2,岩石主要为千枚岩、片麻岩,局部为含糜棱岩的片岩、绿泥岩,岩石强度为1.2~1.9 MPa,隧道的埋深平均为350m,最大埋深为740m,原始地应力为13.0 MPa,围岩强度比为0.1~0.2.隧道采用自上而下的分布开挖法,先开挖弧形导坑,施作初期支护,然后再开挖台阶<分左、右两次分别进行>,最后检底.由于阿尔贝格隧道是在陶恩隧道之后施工的,该隧道设计时的初期支护就比较强,喷射混凝土厚20~25cm,锚杆长6.0m,同时安设了可缩刚架.但是由于岩层产状不利,锚杆的长度仍不够,施工中支护产生了很大变形,拱顶下沉量达到15~35cm,最大水平收敛达70cm,变形速度达11.5cm/d,后来采取将锚杆的长度增加到9.0~12.0m的办法,才是变形得到了控制,变形速度降为5.0cm/d,变形收敛时间为100~150d.家竹箐隧道隧道全长4990m.隧道位于盘关向斜东翼,属单斜构造,岩层产状N20°～35°E/18°～30°NW.由于距向斜轴部较远,故皱褶、断层不发育,只在隧道中部煤系地层中发育有一正断层F1,其破碎带宽15～20 m. 隧道横穿家竹箐煤田.隧道南段为玄武岩,北段为灰岩,北段为灰岩,中部3890 m为砂、泥岩与为钙质、泥质胶结的砂岩夹泥岩的煤系地层.隧道掘进进入分水岭之下的地层深部后,在接近最大埋深<404m>的煤系地层地段,由于高地应力的作用,锚喷支护相继发生严重变形.在一般地段,拱顶下沉为50-80cm,侧壁内移50-60cm,底部隆起50-80cm；在变形最严重地段,拱顶下沉达到240cm,底部隆起达到80-100cm,侧壁内移达到160cm.为整治病害具体措施如下:①设置特长锚杆加固地层；②改善隧道断面形状,加大边墙曲率；③采用先柔后刚、先放后抗的支护措施；④加大预留变形量；⑤提高二次衬砌的刚度；⑥加强仰拱.大变形得到迅速整治,衬砌施工后,结构完好,未出现任何开裂现象,经预埋的应力、应变计测试,有足够的安全储备.木寨岭隧道全长1710m,穿越地层围岩主要为二叠系炭质板岩夹砂岩与硅质砂板岩.存在的主要构造体系是山字型构造体系.属地应力集中区,隧道穿越区为沟谷侧,原始地应力难以释放.隧道主要地质为炭质板岩夹泥岩,局部泥化软弱,呈灰黑色,围岩层理呈褶皱状扭曲变形严重,大部分地段围岩较破碎,洞身渗涌水频繁,部分地段呈股流.隧道在高地应力大变形地段,严重处拱顶累计下沉达155cm.经研究主要采取的处理措施有：①开挖总体采用双侧壁法；②初期支护钢架与临时支撑采用I22型工字钢、自进式锚杆,超前支护小导管,拱脚两侧增设小导管锁脚.导坑开挖时预留变形；③修改原设计仰拱；④二次衬砌采用双层钢筋网,与仰拱预留钢筋焊接；⑤对需换拱段与开挖后变形较大的地段,除施作长的自进式锚杆外,再采用小导管进行双液注浆.2．发生围岩大变形的地质条件与隧道围岩大变形发生机理大变形目前还没有一个统一的定义,目前有的学者提出根据围岩变形是否超支护的预留变形量来定义大变形,即在隧道,如果初期支护发生了大于25 cm<单线隧道> 和50cm<双线隧道>的位移,则认为发生了大变形.姜云、李永林等将隧道围岩大变形定义为：隧道与地下工程围岩的一种具有累进性和明显时间效应的塑性变形破坏,它既区别于岩爆运动脆性破坏,又区别于围岩松动圈中受限于一定结构面控制的坍塌、滑动等破坏.同时将隧道围岩大变形分为受围岩岩性控制、受围岩结构构造控制和受人工采掘扰动影响三个大的类型.2.1大变形发生的地质条件发生大变形的隧道一般具有以下地质特征：〔1〕隧道围岩条件.发生大变形的围岩主要有：①显著变质的岩类,如片岩、千枚岩等；②膨胀性凝灰岩；③软质粘土层和强风化的凝灰岩；④凝灰岩和泥岩分互层；⑤泥岩破碎带和矿化变质粘土等.这类围岩的凝聚强度c值较低,内摩擦角 值很小,单轴抗压强度较低.〔2〕隧道处于高应力区,且大变形地段的隧道一般埋深在100m以上.〔3〕隧道围岩的天然含水量大.2.2隧道围岩大变形发生的机理人们通常把大变形机制分为两大类：〔1〕大变形的原因之一,是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性变化.如果发生缓慢就属于挤出〔如果是立刻发生就属于岩爆〕.〔2〕大变形的原因之二,是岩石中的某些矿物成分和水反应而发生膨胀.发生膨胀变形的围岩在开挖时一般有较高的强度,变形主要发生在隧道运营过程中,一般表现为底部鼓起,而隧道顶部和边墙保持较好的工作状态.在隧道通过炭质板岩和断层带时,引起大变形的原因主要为第一条.同时国内外学者也认为,软岩隧道的大变形可以描述为一种以挤出为主、膨胀为辅的水-力耦合过程.而对于第一条原因目前国内外学者认为围岩挤出是开挖引起的应力重分布超过岩体强度时屈服的结果,并且通过一些列的研究将围岩挤出的力学机制分为以下三大类：〔1〕完全剪切的破坏〔如图1a〕.在连续的塑性岩体与含有大开裂度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏.〔2〕弯曲破坏〔如图1b〕.一般发生在千枚岩与云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、泥质砂岩与蒸发岩等薄层状塑性沉积岩中.〔3〕剪切和滑动破坏〔如图1c〕.发生于相对厚层的沉积岩中,包括沿层面的滑动和完整岩石的剪切两种破坏形式.〔a 〕完全剪切的破坏 〔b 〕弯曲破坏 〔c 〕剪切和滑动破坏图1 挤出性围岩隧道失稳形式分类3．大变形的预测研究现状隧道的大变形给隧道施工和运营造成了很大的困难,国内外学者对隧道大变形的预测进行了大量的研究.目前在预测隧道变形的方法中具有代表性的有C&C 法,这种方法由Egger 〔1973〕、Kastner 〔1974〕和Hoek 、Brown 〔1980〕提出,并逐步完善.这种方法基于以下假设：〔1〕圆形隧道；〔2〕课题可以概化为二维平面应变问题；〔3〕均质各向同性介质；〔4〕弹-塑性材料；〔5〕现场地应力属于静水压力场；〔6〕均匀的径向支护压力.其计算公式如下：〔1〕弹性状态下的围岩位移〔i u 〕011()i i u P P r μκ+=-〔1〕 其中,μ、κ分别为岩石的泊松比和杨氏模量；0P 、1P 分别为地静压力和支护压力；i r 为隧道半径.〔2〕塑性状态下的位移〔j u 〕Hoek-Brown 方法：1j j u r ⎡=-⎢⎣ 〔2〕 式中当e j r r <,2ln e j r R D r ⎡⎤=⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦；e jr r >, 1.1R D = 式中,r m 、r s 为破碎岩石的常数；e r 、e u 、re σ分别为弹性和塑性边界处的半径、位移和径向应力.此外还有Egger 和Kastner 也提出了相应的塑性状态向的围岩位移预测方法.4．大变形的一般治理措施根据国内外的施工经验,对大变形的治理措施归纳如下：〔1〕加强稳定掌子面的辅助措施① 正面喷混凝土和打锚杆；② 打超前锚杆或钢筋.〔2〕加强基脚的措施,这是基本的,即首先要把底鼓和侧壁的挤入控制住,包括：① 向底部地层注浆加固；②向两侧打底部锚杆；③支撑加底部与加劲肋；④设底部横撑或临时仰拱.〔3〕防止断面挤入的措施①增打加长锚杆,主要在两侧,锚杆长度一定要深入到围岩塑性区一定X围才有效果；②设底部横撑,打底部锚杆,修筑仰拱,这是极为重要的工程措施；③缩短台阶长度,与早闭合；④下半断面、仰拱同时施工；⑤设纵向伸缩缝,采用可缩性支撑〔4〕防止衬砌开裂的措施①采用湿喷钢纤维混凝土；②设加强钢筋；③设纵向伸缩缝.〔5〕设立日常量测管理体制与管理基准①监测初期位移速度；②最终位移值的预测；③建立控制基准值；〔6〕加强施工地质预报①预测和预报掌子面前方的地质状态；②建立地质数据库,与时反馈；③各种岩类的特性试验数据的测试.这些措施是综合的,是相互补充的,应视具体情况采用.这些措施也是一般性的,当条件变化很大时,还要采用一些特殊的辅助施工措施,如注浆加固,改良岩体等措施.5．郎洞断层束破碎带地质概况5.1二郎洞断裂带〔F3〕该断层位于二郎洞附近,西起阿尔扎沟以西,向南经果可沟沟脑、二郎洞、肯德隆沟、茶卡北山以北,延伸长度约130km.该断裂是北侧南祁连海西期地槽和南侧南秦岭印支期地槽的分界断层,沿断裂带岩浆活动强烈,断层两侧岩层破碎,沿断裂有一系列与之近于平行的断裂,共同组成断层束,断层两侧岩层产状较乱,多拖拉现象和挠曲.地貌上主要表现为一系列断层谷地、垭口和洼陷地带,航、卫片上线性影像明显.断层形成于华力西期,在印支期以来仍有活动.断层产状：N40°～70°W/40°～80°N,属逆断层,主断层破碎带宽100～500m,断层西段发生过6级地震,东段可见第四系中更新统地层中的断坎,未见第四系全新统地层错动,该断层在隧道通过附近主要表现为断层负地形,未见新活动迹象,属晚更新世活断层.隧于DK303+611～DK304+071,通过长度460 m ,由断层泥砾与碎裂岩组成,Ⅴ级-Ⅵ级围岩.由于该断裂为区域性深大断裂,断层规模大,并且未来还有发生中强地震的可能性,因此对工程影响较大.5.2围岩情况隧道在二郎洞断裂带附近,岩性主要为石炭系片岩、##岩、志留系变质砂岩夹板岩,受地质构造影响较严重,岩体节理、裂隙较发育.其中软岩占主体.5.3涌水情况该区地下水类型主要为基岩裂隙水、构造裂隙水,岩层富水性较差,为弱富水区.根据地表测流,本区地下水径流模数M=563.72 m3/d·km2,水化学类型属HCO3-Ca·Na型水,矿化度小于1g/L,地下水无侵蚀性.双线同时施工时参数常涌水量为3825.12m3/d,最大涌水量为7650.24m3/d.5.4地应力根据场址与邻近地区的震源机制解和区域水平运动与构造应变场特征,可以看出本区域构造应力场主压应力优势方位为北东向.根据实测结果,隧道部位最大主应力方向为N33°E～ N43°E,平均为N38°E,和隧道轴线〔线路走向N54°E〕的夹角为21°～11°,平均为16°.根据3个孔地应力的实测结果分析,最大水平主应力的最大值为22.04 MPa,DSZ-8孔最大水平主应力测值明显高于DSZ-1孔、DSZ-7孔,而DSZ-8孔位于f17断层附近〔F3断裂带内〕,说明,随着钻孔所处构造部位的不同,所反映的构造应力强度差异也较大,在断裂带附近存在应力集中现象.根据《工程岩体分级标准》〔GB50218—94〕、岩体物理力学参数与弹性力学公式,在3个孔共19个测段中,Rc/σmax<4的极高地应力占全部测段的15.8%,4<Rc/σmax<7高地应力占全部测点的10.5%,极高和高地应力占全部测点的26.1%.经综合分析,岭脊埋深较大的石炭系变质砂岩与片岩段可能存在高地应力问题.5.5结论根据2.1大变形发生的地质条件,并结合实测的地应力结果和隧道区工程地质、水文地质特征,软弱围岩〔主要指断层破碎带与一定影响X围内〕存在发生较大变形的可能. 6．关角隧道F3断层影响带大变形治理建议与注意事项结合中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究,引用其控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.6.1治理建议结合以往隧道围岩施工的成功经验建议如下措施：〔1〕措施一6．乌鞘岭隧道控制大变形经验与和关角隧道F3断层影响段比较6.1乌鞘岭隧道变形情况治理经验乌鞘岭隧道设计为两座单线隧道,隧道长20050m,隧道洞身最大埋深1100m左右.隧道所经过地层岩性复杂,分布主要受区域断裂构造控制.主要有第四系、第三系、白垩系、三叠系、志留系、奥陶系等,并伴有加里东晚期的侵入.隧道施工中,在辅助坑道和正洞均发生过较为严重的变形,在高地应力下隧道发生极其严重变形,出现支护裂损、钢架扭曲,净空侵限明显等现象.乌鞘岭隧道在穿越岭脊复杂地段时出现了软岩挤压大变形问题,尤其是F7断层带,变更设计前左线隧道最大拱顶下沉1053 mm<DK177+495>,平均下沉30~35 mm/d,一般在500~600 mm左右;左线隧道内轨上1. 5 m收敛值最大1034 mm<DK177+590>,一般为700mm左右,拱脚最大978mm,一般为300~700mm；右线隧道最大拱顶下沉227 mm<YDK177+610>,一般在100~200 mm左右；右线隧道内轨4m收敛值最大548 mm<YDK177+590>,一般为300~400 mm 左右.由于施工中发生严重变形,乌鞘岭隧道在大变形段均采用钻爆法施工、台阶法开挖,台阶长度4－5m,人工手持风钻上下台阶分部钻眼、装药、连线与同时进行光面微差控制爆破；立I20或H175钢拱架3榀/2m,拱部设φ42超前小导管,长度4m,环向间距25m,注水泥水玻璃双液浆,全断面喷射C20钢纤维砼,厚度25cm,径向采用φ42注浆锚管,间距0.8×0.8m,锚管长度拱部4m,边墙6m,梅花布置,拱墙设φ8钢筋网,网格间距25×25cm.循环进尺一般为1.4 m 或2.0m.通过以上措施控制了变形,顺利通过了大变形地段.乌鞘岭特长隧道位于兰新铁路##西至##南端增建第二线乌鞘岭越岭段,隧道长20050m,在施工过程中出现了软岩大变形,在工程人员的努力下,通过一系列的工程措施顺利的通过了大变形段,取得了较好的工程经验,现就对关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段的工程概况进行比较〔见表1〕表1 关角隧道F3断层附近和乌鞘岭隧道发生大变形段工程概况比较表从乌鞘岭隧道成功控制带变形的经验值得借鉴.乌鞘岭隧道隧道产生大变形除了地质因素以外,还有以下几点原因：①初期支护强度不足.由于F7断层的影响,本段围岩内富存高地应力.在隧道开挖后,强大的地应力将作用到初期支护上,若初期支护强度和刚度不足将无法抵抗强大的地应力作用,就会产生大变形.②施工工序间距太长.由于施工工序间距太长,未能与时形成封闭的支护体系,致使初期支护在无约束下产生无限制性的变形,最终必然出现大变形.因此,施工工序间距太长,未能与时封闭也是本段发生大变形的直接原因之一.③掌子面刚度不足.在隧道开挖过程中,掌子面前方的变形特性是围岩变形响应的真正原因,又由于本段为四条区域性大断层组成的宽大"挤压构造带〞,岩体的的高地应力强挤压作用非常明显,这就更加剧了掌子面的挤出, 若不采取合适的强化措施保证掌子面的稳定,就会导致前方围岩的变形响应.因此,掌子面刚度不足是隧道洞壁产生大变形的关键原因.中国中铁隧道集团通过对乌鞘岭隧道千枚岩大变形的研究得出以下控制大变形的快速施工指导思想：〔1〕开挖支护、仰拱作业区,上下断面与仰拱的各工序在时间和空间上优化组合,实现稳步有序作业,平行交叉作业.〔2〕分秒必抢,将围岩暴露时间和结构不利受力状态压缩至最短,使初期支护结构与早、快速封闭成环,从而有效控制变形.〔3〕超前支护、钻爆、锚杆、锚索、注浆、立拱等关键工序实行标准化作业.〔4〕石变我变,主动支护,步步为营,稳中求快.。
最新岩爆发生的机理分析及防治措施综述
岩爆发生的机理分析及防治措施综述岩爆发生的机理分析及防治措施综述摘要：深部洞室的岩爆已成为水利、隧道、深部采矿工程建设的突出问题。
近年来，我国在深部采矿，隧道开挖等工程领域快速发展，由于工程经验相对较少，且多数理论研究成果很难解释岩爆的发生机理，因此对岩爆的发生机理及防治措施研究显得尤为重要和迫切。
通过介绍已有的岩爆发生机理，比较现有的岩爆发生机理，指出各岩爆机理的优缺点，并提出需要改进的部分，并对相关的隧洞工程总结有效的防治措施。
最后结合当前的研究现状提出几点见解，以期为岩爆区的工程设计、施工建设提供有益参考。
关键词：岩爆；地应力；应变能；隧洞；断裂力学E-mail：ambitiousxjfeng@引言自1738年在英国锡矿坑道中首次发现岩爆现象以来，各国在深部地下工程中的岩爆现象越来越多，这与人类不断向深部开采资源，发展地下空间的活动密切相关。
岩爆作为一种人类地下深部工程活动的产物，其定义众多，目前尚未有统一的认识。
广泛被接受的定义：在高地应力深部地下洞室中，脆性岩石卸荷造成存储的应变能突然释放，使洞室围岩出现崩落，甚至弹射并伴随爆裂声的一种动力失稳现象[1]。
岩爆的发生会给工程造成巨大的损失，严重的情况会造成大型机械设备的损坏以及人员的伤亡，因此对深部岩石的岩爆现象研究显得特别重要。
随着矿山、水利水电、铁路公路交通隧道等工程向深部发展，岩爆作为一种地质灾害现象，其发生越来越频繁。
[2]岩爆作为一种复杂的深部地下工程活动现象，其发生原因受多种因素的影响，因此对岩爆形成的机理研究以及准确预测显得特别困难。
为解决当前我国深部地下工程活动中的地质灾害问题，需要对岩爆发生的力学机理，物理现象做深入的研究，结合室内试验，现场试验以及现场检测对其发生的时间，发生的强度、烈度做进一步精确的预测。
我国自1933年在抚顺胜利煤矿报道岩爆事故以来，已记载了大量的工程岩爆事故，特别近几年来，随着我国不断向深部地下空间发展，岩爆现象发生频繁。
隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测
隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程是一项复杂而又危险的工程，其中一个重要的问题就是如何预测和控制岩爆和构造活动。
岩爆和构造活动是指在隧道开挖过程中，由于地质条件的复杂性和不确定性，导致岩石的破裂、坍塌和移动等现象。
这些现象不仅会对隧道工程造成损害，还会对施工人员的生命安全造成威胁。
因此，岩爆和构造活动的分析与预测对于隧道工程的安全和顺利进行至关重要。
岩爆是指在岩石中存在的能量积累到一定程度时，由于压力等因素的影响，导致岩石瞬间释放能量，并产生爆炸效应的现象。
岩爆的发生不仅会对隧道工程造成直接损害，还会产生巨大的冲击波和飞石，对施工人员的生命安全造成严重威胁。
因此，对于岩爆的分析与预测是隧道工程中必不可少的一项工作。
岩爆的分析与预测需要综合考虑多种因素，包括地质条件、岩石物性、地应力状态、开挖方式等。
其中，地质条件是影响岩爆发生的最主要因素之一。
地质条件复杂、地层变化剧烈的地区容易发生岩爆。
此外，岩石物性也是影响岩爆发生的重要因素之一。
岩石物性不同，其抗压强度和断裂韧度也不同，从而影响了岩爆的发生概率和规模。
地应力状态也是影响岩爆发生的重要因素之一。
当地应力状态较大时，岩石中的应变能量会积累得更多，从而增加了岩爆发生的概率。
最后，开挖方式也是影响岩爆发生的重要因素之一。
不同的开挖方式会对地层产生不同的影响，从而影响了岩爆发生的概率和规模。
针对岩爆的分析与预测，目前主要采用了多种方法。
其中，最常用的方法是基于经验公式的预测方法。
这种方法通过对已有的实际工程数据进行统计和分析，得出了一系列与地质条件、开挖方式等有关的经验公式，从而可以预测出隧道开挖过程中可能发生的岩爆情况。
此外，还有一些基于数值模拟的方法，如有限元法、离散元法等。
这些方法可以通过建立数学模型来模拟隧道开挖过程中可能发生的各种情况，并进行预测和分析。
除了岩爆外，构造活动也是隧道工程中需要考虑的一个重要问题。
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。
城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。
本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。
八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。
属特长隧道。
其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。
2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。
隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。
形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。
3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。
由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。
角砾状结构、岩溶发育。
（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。
跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。
12塌方、大变形,岩爆
12塌方、大变形,岩爆.txt41滴水能穿石，只因为它永远打击同一点。
42火柴如果躲避燃烧的痛苦，它的一生都将黯淡无光。
第十二部分塌方、大变形、岩爆在隧道施工的整个过程中，不出现灾害性事故，就是成功的范例。
一旦发生灾害性事故，不仅延误工期、大幅度地提高工程费用、也会出现对人身的伤害；同时如处理不当，也会遗留工程质量后患，给维修养护工作造成极大困难。
从另一个角度看，正由于地质条件是不断变化的，因此根据施工中出现的各种问题，如岩爆、大变形、塌方、突泥突水等，应变地采取各种措施，也应该是动态施工的一个极为重要的方面。
因此，在事故过程中极力避免和防止灾害性事故的发生，是施工技术人员重要的职责。
当这些预计到或不能预计到的突发现象发生时，工程技术人员的应变能力就显得极为重要。
施工中常常出现的事故有：塌方；大变形；岩爆等。
当然，还有一些其他灾害，如突泥突水、瓦斯爆发、有害气体的逸出等。
这里重点说明以上几个大家比较关心的，也是比较模糊的几个问题的解决方法和途径。
施工要点1.塌方塌方是最为经常的、比较典型的一种事故。
造成塌方的原因多种多样，有地质上突发的因素，也有人们认识上的因素，但归根结底，地质因素是决定性的。
因此加强施工地质工作是避免和防止塌方事故发生的根本手段。
必须改变"地质工作是设计人员的任务，而不是施工人员的事"传统观念。
把施工地质工作提到应有的高度予以重视。
另外也必需改变"不塌方、不赚钱"的观点，树立塌方是可以预测、可以控制的观点，不断培养工程技术人员在不良地质条件下的应变能力和处理能力。
1.塌方实例下面通过一些工程实例，说明处理塌方的一些方法和原则。
1）成渝高速公路缙云山隧道缙云山隧道是成渝高速公路东段的两大隧道之一，分为左、右两线，长度分别为2478m，2528m。
地质主要为灰岩和砂岩，其中灰岩占40％左右，有少量的泥岩和页岩，隧道通过4个断层、5个煤矿采空区，在此段落存在一定浓度的瓦斯，有较大的涌水，最大涌水为20000～30000m3／d，灰岩和砂岩的强度分别为80～120MPa和50-90MPa。
公路隧道大变形安全事故分析
公路隧道大变形安全事故分析摘要：大变形是隧道施工中最常见的工程事故，为此，本文以公路隧道大变形事故为研究对象，分析了隧道大变形事故的类型、特点及其主要的影响因素。
关键词：隧道工程、破坏变形、安全事故、隧道施工在公路隧道工程施工中，塌方、岩溶塌陷、涌水和突水、洞体缩径、山体变形和支护开裂、泥屑流、岩爆是常见的地质灾害问题，而在地质灾害中，大变形破坏发生的概率较大。
隧道围岩大变形是围岩一类变形破坏的形式，围岩体的这种破坏是属于塑性变形，变形会逐步扩大和具有显著的时间效应。
它与岩爆运动的脆性破坏不同，也与被周围岩体限制的松动围岩的滑动、坍塌等破坏不同。
围岩大变形将破坏支护结构、侵入断面限界，若处理不当将造成塌方，甚至将隧道完全堵塞，极易造成严重的后果，并且损毁机械设备、使得施工人员伤亡、工期延误，也增加了工程成本。
一、隧道大变形类型隧道围岩大、小变形破坏的不同点在于：1.变形量大、小的不同；2.关键是变形破坏机理的不同：大变形破坏为失稳状态下的破坏；小变形破坏并非唯一是此状态下的破坏，一般来说，由小变形破坏造成的后果较轻。
通常，隧道围岩大变形根据形成机制可以划分为两种类型：第一种为隧道开挖后产生的围岩应力重新分布，当应力过大时会超过围岩本身的强度，从而引起塑性变化，若引起的变形较慢，就属于挤出变形；若变形较快，就可能产生岩爆现象；第二种为隧道中有大量的水，当水与围岩中的膨胀性矿物反应时，矿物体积会产生很大变化，膨胀导致变形的发生。
以上所述的一种或多种原因的作用下，导致隧道围岩的大变形的发生。
前者是物理变形，属于物理过程，后者是化学变形，属于化学过程。
二、隧道大变形的规律围岩挤压性变形有变形持续时间较长、变形量大且具有时效性等特点，在隧道工程施工事故中常常表现为：隧道底鼓的持续性、侧墙内挤和冒顶等现象。
巨大的变形导致隧道破坏十分严重，会造成隧道钢架扭曲或折断，造成隧道混凝土衬砌的开裂和脱落，造成打入的锚杆彻底失去效力、喷射的混凝土层破裂掉落，也会造成隧道的混凝土底板受力断折、挤出等破坏形式。
隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
目录1编制依据 (3)2程概况 (3)2.1概况 (3)2.2地形、地貌 (3)2.3工程地质 (4)2.4水文地质 (4)2.5高、极高地应力分部 (4)2.5.1软岩高、极高地应力 (4)2.5.2硬岩高、极高地应力 (5)3施工部署及生产组织机构 (5)4施工计划 (6)5施工准备 (6)6隧道高、极高地应力段施工方案 (6)6．1硬岩高地应力段施工方案 (6)6.1.1岩爆的特征 (6)6.1.2防治岩爆的施工方案及措施 (8)6.2软岩大变形段施工方案 (13)6.2.1软岩大变形具有以下地质特征 (13)6.2.2软岩段施工方案及措施 (13)7洞内作业救援逃生措施 (17)8 应急预案 (18)8.1应急预案准备措施 (18)8.2抢险领导组织机构及责任 (18)中铁航空港建设集团有限公司8.2.1抢险领导组织机构 (18)8.2.2人员岗位职责 (19)8.3应急响应 (20)8.3.1应急处理办法 (20)8.3.2响应程序 (21)8.3.3应急结束 (21)9质量保证措施 (21)9.1质量管理目标 (21)9.2质量保证体系 (21)9.3措施 (22)10安全保证措施 (22)10.1安全管理目标 (22)10.2安全生产保证体系 (23)10.3高、极高地应力区施工安全措施 (23)11文明施工措施 (24)11.1文明施工目标 (24)11.2文明施工管理措施 (24)11.3文明施工措施 (24)12环境保护、水土保护措施 (25)12.1环保、水保目标 (25)12.2环保水保管理机构 (25)12.3环保水保管理体系 (26)12.4环境保护措施 (27)中铁航空港建设集团有限公司1编制依据（1）本项目招标文件及设计图纸、工程量清单。
（2）本项目招标补遗书和答疑书。
（3）蒙西华中铁路股份有限公司编制的《新建蒙西至华中地区铁路煤运通道工程项目管理规定》。
（4）国家有关方针政策和国家、中国铁路总公司（原铁道部）现行铁路技术标准，设计规范，施工规范，施工指南，验收标准和相关规定等。
我们的岩石力学课题——岩爆
中等的岩爆活动性。岩石大量成片状或 松弛，有随时间发生形变的趋势
高度的岩爆活动。放炮后，边顶拱上即 达到Conlomb-NaVier 有严重掉块，底拱上或片状破裂或拱起，或修正Griffith准则强度值 洞壁有严重的破碎和变形。可听到象开 枪一样的声音
强度。采用超前钻孔向煤等非坚硬岩体高压均匀注水，该方法可 以通过三方面作用来防治岩爆：1、可以释放应变能并且将最大 切向应力向围岩深部转移；2、高压注水可以软化降低岩体的强 度；3、高压注水产生了新的张裂隙并使原有裂隙继续扩展，从 而降低了岩体储存应变能的能力。但是对于具有高地应力的坚硬 岩体来说，岩体内裂隙由于受到注水的润滑作用又能触发引起 “地震”，结果往往起不到应有的软化围岩的作用。
岩爆的防治措施
岩爆的防治措施研究
岩爆的防治：通过大量的工程实践以及经验的积累，目前已经找到了许多行之有 效的治理岩爆的措施。主要可以归纳为以下三点：
一、通过改善围岩的物理性能的方式来预防岩爆； 二、通过改善围岩的应力条件的方式来预防岩爆； 三、通过加固围岩的方式来预防岩爆。
岩爆的防治措施
一、改善围岩的物理性能： 例如在洞壁经常喷洒冷水，一定程度上可以降低表面层围岩
剩余能量转变的动能还可能在岩石中产生应力波扩散或供破 裂后的岩片弹射出岩体，后者只能在围岩近表面处发生。
岩爆的发生原理、机制及烈度分级
岩爆烈度 根据岩爆现象进行岩爆烈度分级即Russense将岩爆分级与岩石应力状态联
系在一起，见下表：
岩爆等级 0 1 2 3
描
述
应力状态
无岩爆，无岩石应力引起的不稳定问题， 岩石中无声音
隧道软弱围岩施工及初期支护大变形的认识与探讨
隧道软弱围岩施工及初期支护大变形的认识与探讨孟祥马河北路桥集团有限公司摘要:近几年来隧道施工中常有围岩或初期支护发生大变形的事例，每次造成的损失少则数十万元多则上百万元，加强对这一现象的认识与探讨，预防发生大变形事故，是隧道施工人员需认真面对的课题。
文章收集整理了一些相关资料，对初支变形的原因、应对措施等作了一些简要介绍，希望能为类似工程防变形施工提供一点参考。
关键词:软弱围岩施工；大变形；原因；应对措施；认识与探讨一、变形情况隧道围岩大变形主要发生于低级变质岩、断层破碎带及煤系地层等低强度围岩中，一般具有变形量大、径向变形显著及危害巨大等特点，19世纪中叶就已经出现并引起人们的关注。
据悉国外著名的有辛普伦I线隧道、奥地利陶恩(Tauem)、阿尔贝格(Arlberg)及日本惠那山(Enasan)等公路隧道，海代尔(Maneri hvdel)、苏特来季(sutlei)、哑木那(Yamuna)及楼克塔克(IJ0ktak)等水工隧洞；国内有宝中铁路大寨岭隧道、青藏铁路关角隧道、南昆铁路家竹箐隧道及宝兰复线乌鞘岭隧道、宜万线堡镇隧道等铁路隧道，凉风垭隧道、华蓥山隧道、国道212线木寨岭隧道等公路隧道，都曾经发生过围岩或初期支护大变形，每次造成的损失少则数十万多元则匕百万元。
兰新线乌鞘岭隧道全长20 050 m，设计为两座单线隧道，线间距为40 m，隧道最大埋深l 100 m左右。
某单位施工的F7断层(DKl77+867~+050)长达817 m，埋深800 m左右，在施工中初期支护发生了连续大变形：墙腰最大收敛36．7 cm，拱顶下沉21．2 cm，最大日变形量5．2 cm，导致初期支护破坏侵入净空而拆换；+720～+150段改为圆型断面施工，也发生了大面积变形：墙腰最大变形69 cm拱顶最大变形62 cm，最大日变形量21 cm，导致第二次初支破坏，也进行了拆换处理。
泰井线碧溪隧道左洞zK41+730。
岩爆发生的机理分析及防治措施综述
岩爆发生的机理分析及防治措施综述岩爆发生的机理分析及防治措施综述岩爆是指在矿山或隧道等地下工程中，由于开采、支护等因素引起的岩石失稳，产生爆炸性破裂现象。
岩爆是一种具有不确定性的地质灾害，通常会带来严重的人身、财务和环境损失，并对生产经营和社会经济发展产生重大冲击。
因此，对于岩爆的机理和防治措施研究具有十分重要的现实意义。
本文将对岩爆发生的机理和防治措施进行综述。
一、岩爆发生的机理1. 地质构造因素地质构造因素是影响岩爆发生的重要因素之一。
在构造破坏带中，由于岩石受到地质应力的影响，容易发生失稳破裂，导致岩爆发生。
地震、断层等对于岩石的破坏也会增加岩爆的发生概率。
2. 工程开采因素工程开采是导致岩爆发生的主要因素。
开采过程中，挖掘面积越大，矿井和隧道的支护条件越差，岩石失稳的概率就越大。
此外，工程开采在时间和空间上的连续性也会加剧岩体受到应力的变化，导致岩体剪切、断裂、滑动等破坏变形。
3. 岩石学因素岩石学因素主要是岩石自身的物理性质和化学成分的影响。
矿石脆弱易碎、裂纹多、脱落等都会导致岩体失稳。
温度变化、湿度、酸性环境、物理载荷等都会引起岩体内部应力变化，导致岩体的不稳定性。
二、岩爆防治措施1. 改善开采条件通过改善开采条件来减少岩爆的发生。
包括提高采矿工效、优化采矿工艺、加强矿井、岩体的支护加固等。
2. 增加固结措施增加固结措施，提高岩体的稳定性。
包括加固巷道、转运通道、提高采场固结、防止煤柱圧缩变形等。
3. 保持合理水平保持合理的水平，可以有效地降低岩爆的发生概率。
通过设置隔水帷幕、加强采前排水、控制配水压力等来调节水压力，减轻岩石应力。
4. 增强技术管理加强矿山技术管理，对伤害性岩石进行有效的监测和评价，及时开展防范措施，有效避免岩爆的发生。
5. 保证爆破安全在矿山爆破作业中，保证使用合适、安全的爆破材料和爆破方案，避免不必要的岩体破裂和爆炸风险，在工艺方面采用手动控爆炸，便于随时停止。
岩爆
观测或预期变形率 u a / a SI = = 极限应变 ε cr
分级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 挤压程度描述 无挤压 轻度挤压 一般挤压 严重挤压 非常严重挤压
ε cr = 5.84
0 σ ci.88
Q 0.12 Ei0.63
SI
SI<1.0 1.0<SI<2.0 2.0<SI<3.0 3.0<SI<5.0 5.0<SI
Goel & Singh(1999) 根据相对变形对围岩挤压变形程度进行了分级. 指标 相对变形/u/r% 大变形分级 Ⅰ微弱挤压 1.0~3.0 Ⅱ中等挤压 3.0~5.0 Ⅲ高度挤压 >5.0
Singh等(2007)认为极限应变值的确定应当取决于岩块和岩体的性质,并将 隧道周边切向应变的经验值,可通过数值模拟或现场监测分析得 其定义为隧道周边切向应变的经验值 隧道周边切向应变的经验值 到,然后监测得到的应变值与极限应变值之比可被用来量化挤压变形潜势 和修改支护设计.
什么是挤压性围岩? 什么是挤压性围岩?国内外学者从不同角度进行了不同定 义.国外对挤压性围岩的研究比较早也比较系统: 国外对挤压性围岩的研究比较早也比较系统:
1. Terzaghi (1946)—挤压性岩石仅仅指那些含有相当多粘土的岩石 含有相当多粘土的岩石,粘土可 含有相当多粘土的岩石 能是原生的如页岩内的,也可以是蚀变产物.这类岩石可能主要是高岭土类, 或者蒙脱石类的.因此,挤压性岩石范围可能很宽.挤压性岩石缓慢地向隧 道内移动,但并没有明显的体积增加.挤压的首要条件是云母类矿物或粘土 矿物含量高但膨胀能力却很低. 2. Gioda(1982)—挤压意味着时间相依性的变形 时间相依性的变形,是由开挖空间周围的剪应 时间相依性的变形 力集中造成的.偏应变和体积变形都可能出现,后者与岩土介质的膨胀有关. 3. Tanimoto(1984)则假设挤压变形现象是围岩的一种弹塑性行为 弹塑性行为,并认为当 弹塑性行为 岩石应变到其残余塑性状态 残余塑性状态时将发生挤压变形 残余塑性状态 4. O'Rourke(1984)—挤压性地层是指因荷载强度超过其强度 荷载强度超过其强度而在隧道附近出 荷载强度超过其强度 现时间相依性变形 时间相依性变形的地层.挤压性地层的结果是隧道支护结构将在数周甚至 时间相依性变形 数月内经受比初始荷载高数倍的不断增加的荷载.
科技创新——岩爆
1.1 岩爆灾害研究现状岩爆(冲击地压)是指在高地应力地区洞室开挖后，由于洞室的应力重分布和应力集 中，在较短时间产生的突发的、猛烈的脆性破坏形式。
岩爆发生时，破碎岩石从坑洞壁弹射或大量岩石崩出，产生强烈的气浪或冲击波，严重的可摧毁整个作业面乃至整个洞室，对矿山安全开采造成了极大的危害[19]。
随着各类工程建设的不断发展，矿井开采深度和规模的不断扩大，岩爆发生的频率越来越高，引发的灾害日趋严重，岩爆问题也愈加引起国内外学者的关注。
近一个世纪以来，国内外学者在对岩爆问题进行了大量的研究，但由于岩爆的复杂性，其理论研究进展缓慢。
在我国，岩爆研究工作起步较晚，且多停留在观察、描述阶段，和国外相比更为滞后。
国际上，南非在岩爆的机理研究、预测、防治等方面积累 了丰富的经验和资料，建立了相对较为完整的理论体系，是目前世界上岩爆研究最先进的国家之一。
总结起来，国内外对岩爆问题的研究，主要集中在三个方面：岩爆机理研究；岩爆危险性评价、监测预报技术研究；岩爆防治措施研究。
其中，岩爆机理研究是预测和防治的理论基础，也是国内外学者研究的重要内容。
各国学者在实验室研究和现场调查的基础上，从不同的角度先后提出了一系列重要的理论，比较具有代表性的有强度理论、刚度理论、能量理论、冲击倾向理论等。
(1)强度理论：岩体破坏的原因和规律，实际上是强度问题，即材料受载超过其强度极限时，必然要发生破坏。
但是这仅是对材料破坏的一般规律的认识，它不能深入解释岩爆的真实机理。
在强度理论指导下，对围岩体内形成应力集中的程度及其强度性质等方面做了大量的工作。
早期的强度理论着眼于岩体的破坏原因，认为地下井巷和采场周围产生应力集中，当应力集中的程度达到矿岩强度极限时，岩层发生突然破坏，发生岩爆。
近代强度理论认为：导致岩体承受的应力σ与其强度σ'的比值，即σ/σ' ≥1时，导致岩爆发生。
近代强度理论的表达式有多种，对各向同性岩石材料的破坏准则最有代表性的是Hoek 和Brown 于1980年提出的经验性强度准则[20]：1 ⎛ σ ⎞ 2σ 1 σ = σ 3 σ + ⎜m 3 + 1.0⎟(1-3)c c ⎝ σ c⎠式中：σ1-最大主应力，MPa ；σ 3-最小主应力，MPa ；σ c-完整岩石材料的单轴抗压强度；m -常数，取决于岩石性质和承受破坏应力前已破坏的程度。
岩爆冲击条件下屈服大变形恒阻锚杆支护
杆一样 ， 锚杆在安装时通过 扭矩施加高安装应
力 从 而 达 到 及 时 支 护 的 目的 。在 正 常 无 岩 爆 动
・
２ ９・
［ 摘 要］ 岩 爆是采 矿业 巷道支护最 大挑战 之一支护系统必须具 有抗 冲击能 力， 也就 是说 支护系统 能
够在一定支护强 度下 产生 屈服变形， 一方面吸收冲击地压所产生 的瞬 时动能 ， 另一方面控制破碎围岩变
形保证 围岩 的稳 定性。 通 过大量 的科 研和实践 ， 捷马 公司研制和 开发了技术上可靠经济上合理的屈服大 变 形恒 阻锚 杆支护系统。 在正常无岩爆动 载荷的情况下， 锚 杆工作性能 在屈服前 和正常锚杆一样对 围岩 提 供高安装载荷 刚性支护， 达到屈服极 限后， 锚杆正常屈服并且屈服变长 度达 到大变形耦合性能 。 在动
④静态 参 数 的稳 定性 。 为了保证 每根 锚杆 充 分 发挥 支 护 效率达 到 耦合 ， 上述 的静 态参 数 必须 保证基本稳 定 。 忽 大 忽 小 的 变化 对 支 护 效 率 影
种不同的设计， 已经有数种不同的结 构。 然而， 从设计原理和实际应用中都存在许多问题 ： （ １ ）经济上可推广性 。实现屈服大变形原
根据上 述要求 ， 为了解决岩爆 和冲击条件 下巷道支护问题 （ ＷＵ， ２ ０ １ ０ ） ， 捷马公司开发并
制 造 了屈 服 大 变 形 恒 阻 锚 杆 （ ＷＩ ＰＯ， ２ ０ １ １ ） 。
如图ｌ 所示 ， 屈服 大 变 形 恒 阻锚 杆 杆 体 由直径 为
１ ８ ｍｍ， ５ ０ ０ 号 圆钢 和 端 部 屈 服 机 构 组 成 。 圆钢 的屈服和抗 拉载荷分别为１ ４ ０ ｋ Ｎ￣ Ｈ ｌ ９ ０ ｋ Ｎ。 杆 体 头部 设 计成 一定 形 状 和尺寸， 然后 用专用 塑料
高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案
八台山隧道高地应力下硬岩岩爆与软岩大变形专项方案一、工程概况1、概况城口至万源快速公路通道工程采用二级公路标准，设计速度为60公里/小时；路基宽度为12米。
城口至万源快速公路通道CW10合同段位于四川万源堰塘乡布袋溪村，里程为K46+000～K48+640，全长2.640km。
本合同段主要工程内容为八台山隧道主洞2480m/0.5座，避难通道2450m/0.5座，1-4*3m 钢筋砼盖板涵一座，路基土石方5115m3。
八台山隧道主洞起止里程K43+205～K48+480，全长5275m,避难通道起止里程YK43+206～YK48+450，全长5244m。
属特长隧道。
其中主洞K46+000～K46+480段、避难通道起止里程YK46+000～YK48+450，位于CW10合同段内，是本合同段的控制性工程。
2、地形地貌八台山隧道进口位于重庆市城口县双河乡干坝子河村、出口位于四川万源堰塘乡布袋溪村。
隧道穿越的八台山，受地质构造控制，山脊由东向西横亘，山脊两侧为面积较小的山湾。
形成山丘、山脊与沟谷相间形态，以山丘为中心形成向四周发育的“爪”状山沟；隧道轴线地面最高点位于洞身段K44+610的山脊顶部，标高为1797.74m,一般地面标高740.0～1596.2m，最低点位于隧道进口的溪沟底部，标高731.50m左右，相对高差856.2m.隧道区地貌形态为构造剥蚀、溶蚀中山地貌单元区。
3、工程地质八台山隧道地质复杂，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1-50㎜不等，裂隙面附褐色铁质膜，局部为泥质充填。
由洞口向洞身地质条件依次为:（1）出口段位于一斜坡上，地表覆盖有第四系崩坡积块石土，基岩为三叠系下统嘉陵江组的盐溶角砾岩。
角砾状结构、岩溶发育。
（2）本隧道洞身段主要为III～V级围岩，构成III级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。
跨度5米，跨度5～10米，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成IV级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。
隧道岩爆及大变形的综合集成预测分析
隧道岩爆及大变形的综合集成预测分析摘要：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位置效果预测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12.03 Mpa到25.72 Mpa之间，岩体结构的垂直应力为10.41 Mpa到22.36 Mpa，水平应力作用为6.93 Mpa到15.93 Mpa，根据这一特殊地质结构岩层隧道工程施工中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。
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实测数据进行统计分析，而后根据统计分析式
进行判定的方法。我们根据276个国内外地下工
程的地应力场的实测数据进行统计分析，获得
以下结果。
岩爆与大变形专题分析
二、秦岭隧道初始地应力场和高 地应力地段的判定
垂直应力 σv=1.88+0.0244H (r=0.965) 平均水平应力σh avg=10.276+0.0182H (r=0.7812) 最大水平应力σh max=13.763+0.0211H (r=0.7839) 最小水平应力σh min=6.464+0.0146H (0.8206) 平均水平应力与垂直应力之比在下式范围之内：
一、 概述
3、工程应用：将本文提出的岩爆发生判 据应用于秦岭隧道II线出口段发生岩爆的 地质区段，进行工程验证，结果很好。 4、岩爆治理：归纳岩爆的类型、性质和 特点，提出合理有效的工程理技术措施。 5、大变形问题：结合工程实例进行分析， 阐明大变形现象的特征，提出大变形的分 级和预测方法，以及治理大变形的工程措 施。
岩爆与大变形专题分析
（二）、秦岭隧道高地应力场判定
3、秦岭隧道高地应力或极高地应力地段分布 如图2所示，秦岭隧道沿纵向高地应力和极高地应力地
段的分布情况。从中可以看出，秦岭隧道在整体上具有 高地应力分布的特点，其范围达到隧道全长的95%，而在 隧道中部还呈现出大范围（占隧道全长的52%）的极高地 应力分布，并且向两边延展，逐渐降低到高地应力及其 以下地应力水平。
150/H+0.50 C 1000/H+0.80
岩爆与大变形专题分析
二、秦岭隧道初始地应力场和高 地应力地段的判定
式中， H ——埋藏深度(m) σv ——垂直应力(MPa)
σσσhhhmamavixgn——————最平最大均小水水水平平平应应应力力力(((MMMPPPaaa)))
C=σh avg/σv——侧压力系数
Rc/σmax = 4。 岩爆与大变形专题分析
（二）、秦岭隧道高地应力场判定
2、岩石抗压强度指标Rc的确定 1）勘测阶段Rc确定 方法：在隧道通过的轴线部位共完成60m~607m不同深 度的钻孔10个，并在孔中取岩样共51组进行岩石的常规 物理力学及岩石纵波速度的测试。然后进行了归纳和统 计，在此基础上，分（4个）区段提出隧道穿越，主要岩 样（三种）的物理力学指标(详见表1)。 结果：第一段岩石干抗压强度范围值是122.1~137Mpa， 平均值分别为107.6MPa。第二段岩石干抗压强度范围值 是122.1~162.46Mpa，平均值为147.1Mpa。第四段岩石干 抗压强度范围值是117~192.2MPa，平均值为162.3Mpa。 第三段的混合片麻岩干抗压强度范围值是 105.3~325.0Mpa，平均值岩爆为与大1变9形5.专0题M分p析a。
根据上述公式决定的地应力场，沿隧道纵向
分布如图1所示。
岩爆与大变形专题分析
二、秦岭隧道初始地应力场和高 地应力地段的判定
岩爆与大变形专题分析
二、秦岭隧道初始地应力场和高 地应力地段的判定
岩爆与大变形专题分析
（二）、秦岭隧道高地应力场判定
1、高地应力判据 为了确定出秦岭隧道沿纵向分布的高地应力或
主题报告
高地应力条件下的岩爆及大变形
岩爆及大变形
一、 概述
西康线—秦岭隧道地处高海拔的高地应力 区域，是我国目前在建的铁路隧道中最长大的 隧道之一，全长为18.4公里，且最大埋深达到 1600m；环境条件恶劣，地质条件十分复杂，施 工难度大，工期紧迫，是施工风险较大的隧道 工程之一。秦岭隧道的施工风险主要表现在具 有显著的高地应力（或极高地应力水平），以 及地质条件的变异上。因此，很好地掌握在高 地应力条件作用下，岩爆地与大变质形专的题分变析 化是异常重要的。
岩爆与大变形专题分析
二、秦岭隧道初始地应力场和高地应力 地段的判定
一般说，岩爆和大变形的发生都与地应力场
的演变有关。因此,在说明岩爆和大变形工程现
象之前，首先，应对秦岭隧道的地应力场的基
本变化情况给以说明。
（一）、秦岭隧道初始地应力场分析
秦岭隧道初始地应力场在没有实地测试数据
的情况下，最可靠的方法是采用对既有工程的
岩爆与大变形专题分析
一、 概述
本文以秦岭长大隧道为依托工程，围 绕秦岭隧道高地应力区围岩稳定性进行研 究。主要包括以下几方面的内容： 1、秦岭隧道初始地应力场和高地应力地 段的判定， 2、岩爆问题：通过对国内外隧道工程施 工中所发生典型岩爆实例的统计、分析与 归纳，阐明岩爆发生的基本条件；
岩爆与大变形专题分析
极高地应力地段，本文采用了国标《工程岩体分级 标准》(GB50218-94)所建议的划分标准，进行分类。 其判据表达式为：
式极高中高 地，地 应Rc应 力为力 ：岩：7石>R的Rcc/抗σ/σmm压axax<强4>4度，而σmax为最大地应 力值。显然，Rc/σmax的值越小，说明地应力水平越 高。区分高或极高地应力水平的界限是：
一、 概述
大量的国内外地下工程实例表明，在满足高 或极高地应力水平条件下，在特殊不良地质区段 修建隧道时，施工中将会遇到硬岩中的岩爆，以 及软岩中的大变形破坏等工程灾害。因此在工程 技术上有许多难点问题需要解决。事实上近几十 年来, 随着矿山开采, 隧道工程, 水利水电, 军工建 设等地下工程的大型化发展，因岩爆和大变形造 成的围岩稳定性破坏，已经客观的构成了高地应 力区两大最严重的地下工程灾害, 这种工程上的 客观要求是本项科题研究的主导因素。
（二）、秦岭隧道高地应力场判定
2）施工阶段Rc确定 平 导 施 工 综 合 地 质 测 试 阶 段 在 平 导 内 取 岩 样 37 组 ，
其中第一段混合片麻岩8组，第二段混合花岗岩4组，第 三段混合片麻岩17组，第四段含绿色矿物混合花岗岩3组。 蚀变闪长岩2组，碎裂岩3组。获得结果：第一段混合片 麻岩干抗压强度波动范围值是99.8～148.3MPa，平均值 分别为122.2MPa。第二段混合花岗岩干抗压强度波动范 围值是152.7～208.9MPa，平均值分别为173.3MPa。第三 段混合片麻岩干抗压强度波动范围值是82.6～302.1MPa， 平均值分别为154MPa。第四段含绿色矿物混合花岗岩干 抗压强度波动范围值是141.7～226.5MPa，平均值分别为 170.5MPa。