高速铁路长大深埋隧道高应力岩爆地段预测及施工技术研究

Value Engineering1工程概况某高原铁路隧道，起止里程DK261+268~DK268+420，全长7278.322m ，隧道位于四川盆地与青藏高原过渡的西南缘。

所经处地势陡峻，地表高程2710~4120m 。

隧道最大埋深1185m ，地质作用强烈，地震活动频繁，地区应力高，根据地应力合公式推测，最大埋深处最大水平主应力量值可达91MPa ，隧道深埋段岩性为粗粒二长花岗岩，构造应力突出。

通过采用强度应力比法、地质综合法进行综合预测，本隧道存在岩爆长度为825m ，占比11.3%。

以轻微、中等岩爆为主，部分段落为强烈岩爆。

因高地应力引发的岩爆成为本隧道施工中的重要工程技术难题。

2岩爆情况及原因分析2.1岩爆发生状况当隧道出口工区施工至DK267+190~+260段时，在隧洞掘进过程中，洞身拱部、顶部连续出现清脆的爆裂声，并伴有小片状岩块崩落，可初步认可为轻微岩爆现象。

当隧道出口工区施工至DK267+260~+310段时，在隧洞掘进过程中，洞身拱部、顶部连续出现轻微、中等岩爆。

随着掘进长度的增加，岩爆的频率及烈度呈不断加强的整体趋势。

2.2原因分析及后续施工隧道段落的岩爆评估本隧道出现轻微、中等岩爆处的洞身埋深均超过600m ，该段围岩以粗粒二长花岗岩为主，该区域地质作用强烈，地震活动频繁，围岩构造应力突出，且该段基本无地下水活动，隧洞岩体干燥。

经对围岩岩体抗压试验强度在80~120MPa 范围内。

在爆破掘进开挖围岩后，围岩的高应力处于重新分布及平衡过程中，因围岩整体性好且强度、硬度大，应力无法通过自身变形、压缩，或是通过节理、裂缝进行调整及释放[1]。

由于爆破后岩面不规则，出现应力集中处，当应力集中力超过岩体所能承受的应力值后，产生不同程度的岩块崩裂（岩爆）现象。

由于隧道埋深随着掘进长度的加大而加深，故上述隧道岩爆的频率及烈度呈不断加强的整体趋势。

DK267+310段的隧道洞埋深约为750m ，尚距本隧道的最大埋深1185m 还有相当大的差距，预计随着隧道的掘进，以中等岩爆为主，出现强烈岩爆也为大概率事件。

价值工程0引言目前川藏铁路已如火如荼地展开建设，该铁路不但具有重大的战略意义，而且对繁荣西藏地区经济，加快其他地区与西藏之间的人员往来也将会发挥重要的作用。

但由于川藏铁路处于青藏高原板块活动区域，地质构造运动也是目前我国大陆地区比较强烈的区域，受板块运动的影响，使得该处地质不但极其复杂，而且板块的运动也造成地质之间产生巨大应力，深度越深其应力越大，加之该地区地质多为硬岩结构，岩体硬脆且较为破碎，当隧道开挖至此区域时周边地质便会受高地应力效应产生岩爆。

川藏线拉萨至林芝段岗木拉山隧道所就穿越上述地质，该隧道不但是铁路特长隧道（隧道长达11660m），而且埋深较深，周边环境及地质环境极其复杂，为保证隧道施工质量及人员设备的施工安全，减少因地质原因而产生的返工，项目部采取多种措施，最大程度地减少了岩爆发生的频率，提高了洞内施工安全系数，保障了施工人员及机械设备的安全。

同时也减少了因高地应力现象造成的初支开裂、洞内掉块或塌方状况的发生，减少了返工处理的工作量，不但提高了施工质量，节省了施工措施费用，而且也大大加快了施工进度。

通过现场实际应用，该隧道所采取的措施在高地应力铁路特长隧道施工中取得很好的效果。

1工程概况新建铁路川藏线拉萨至林芝段LLZQ-11标岗木拉山隧道位于青藏高原东南部西藏林芝市米林县，属于冈底斯山与念青唐古拉山、喜马拉雅山之间的藏南谷地。

线路设计时速160km/h，为全线关键控制性工程之一。

该隧道起讫里程：DK346+340~DK358+000，全长11660m，属于铁路桥隧中的特长隧道。

隧道下伏基岩为早白垩系（K1γδ0）英云闪长岩及（K1δ）闪长岩、新元古-中元古界念青唐古拉岩群八拉岩组片麻岩（Pt2-3b），最大埋深1813.66m。

围岩整体岩性以闪长岩、片麻岩为主。

由于线路穿越新构造运动强烈、应力高度集中的地质，且埋深较大，隧道存在高地应力现象，强烈岩爆地段长达2580m。

2高地应力隧道岩爆处理总体技术方案在隧道施工前，首先对隧道进行超前地质预报，以及测试其地应力，并对围岩进行监控量测以判断可能发生岩爆的地段及概率，以便提起采用预处理措施。

深埋长隧洞岩爆微震监测、预警与防控技术探讨摘要：岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力变化，原先储存的弹性应变能突发性急骤释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。

也是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱致的次生地质灾害，岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。

随着埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出、严重，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来极大的安全隐患。

关键词：深埋；预警与防控1前言当高地应力硬岩区地下洞室开挖后，围岩往往呈现变形小而破裂多的现象。

轻微岩爆特征是围岩表层呈零星爆裂脱落、剥落状，爆坑深度小于0.3m，对施工影响较小；中等岩爆特征是围岩呈较严重的爆裂脱落、剥落状，具少量弹射，有一定持续时间，影响深度0.3～1.0m，对施工有一定影响；强烈岩爆特征是围岩大片爆裂脱落、具强烈弹射，破坏范围和块度大，影响深度1.0～3.0m，对施工影响大；极强岩爆特征是围岩大片严重爆裂，大块岩片出现剧烈弹射，震动强烈，破坏范围和块度大，影响深度大于3.0m，严重影响工程施工。

为此，开展岩爆微震监测、预警与防控技术可实时监测隧道开挖过程中岩体破裂的时空分布及演化特征，是目前深部硬岩工程岩爆监测与预警的主要有效的技术手段。

通过岩爆微震监测预警可以提前预警岩爆等级，根据预警结果，采取工程措施，降低岩爆风险，进而保障施工安全与施工进度。

2 岩爆微震监测预警的目的（1）岩爆是深埋隧洞开挖过程中典型高应力硬岩挤压破裂局部集中化诱导的次生地质灾害，它具有很强的突发性、滞后性、延续性、衰减性、位置性。

随着隧洞埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖诱发的岩爆灾害更加突出，给深埋隧洞工程设计、施工与运行等带来了极大的挑战。

①岩爆突发性：岩爆现象是一种高应力能量的突然释放，在发生前没有明显的预兆。

超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术摘要：随着地下资源的开发，交通隧道工程建设不断走向地下深部。

已建地下工程中，锦屏二级水电站引水隧洞、新建二郎山隧道、国家油气能源地下储存库、拉林铁路桑珠岭隧道等诸多工程埋深超过千米，这些深埋地下工程围岩地应力均处于较高水平。

金鸡岭隧道为高应力硬岩隧道段，该隧道为双线隧道，埋深深，施工时易产生变形、岩爆等施工风险。

本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术。

关键词：超深埋隧道；高地应力；岩爆；施工技术1前言在隧道建设过程中，隧道开挖稳定性会受到复杂地质的影响，例如高地下水压、岩溶、采空区、软岩大变形及岩爆等。

在高地应力条件下，结构完整的脆性硬岩在开挖卸荷后，由于某些因素的诱发而发生动力失稳的现象，即岩爆。

目前，如何控制岩爆是岩石力学与工程界共同面临的一个难题。

为保证隧道开挖稳定性，加固围岩、弱化围岩、应力转移等防治理念被提出，进而形成了岩爆支护、区域防范和局部解危等岩爆控制措施。

在地下洞室开挖后，围岩支护作为最直接有效的岩爆支护措施，引起了工程领域各界人士的关注，得到了越来越多的研究。

在实际岩爆隧道中，特别是工期较紧的隧道施工中，如何在防治岩爆的基础上达到快速施工的目的是交通隧道等地下工程施工所面临的长期性难题。

2岩爆隧道支护现状岩爆的发生取决于岩石的强度、完整性、所处的初始地应力条件和周围地下水情况。

根据岩爆的特征和相关性质将岩爆分为3个等级弱岩爆,中等岩爆 ,强烈岩爆。

3个等级中，弱岩爆对施工的影响极小，基本上不会对人员和机械造成威胁，实际施工时基本不用采取特殊措施进行处理；中等岩爆持续时间较长，对机械、施工人员的安全及心理造成严重影响，基于加固围岩的思想，目前常采用钢支撑和喷－锚－网(钢筋网)的整体支护方式对隧道中等岩爆区段进行支护，在施工过程中根据实际情况可能还要采用防护网等被动的临时支护措施；强烈岩爆极具危险性，在加强支护的同时还要采用多种辅助措施(如超前应力施工释放孔等)弱化围岩，降低岩爆发生的频率和能量。

摘要:总结泥巴山特长公路隧道岩爆段施工经验，介绍了在隧道高地应力地段的岩爆处治施工技术，通过对岩爆发生和发展规律的分析，对岩爆烈度进行预测，并从“防”岩爆及“治”岩爆的角度，确定合理的“防”、“治”措施。

将岩爆对施工生产所带来的损害降至最低，解决了深埋特长公路隧道高地应力岩爆应对难题，扩展、丰富了隧道施工领域，为今后类似工程提供参考。

关键词:深埋高地应力隧道岩爆施工技术1概述国际社会对岩爆的研究由来已久，各国在岩爆的类型、产生原因、烈度等级、岩爆的工程问题的预测及治理等方面的研究屡创新高。

复杂多变的岩体性质和工程地质条件，为岩爆研究带来了诸多不变，对岩爆的预测预防方法还很不完善。

岩爆问题是一种具有实际工程背景的岩石力学问题，因此可以说，岩爆工程的研究是岩爆研究的另一个主要方面。

在工程建设中，工程研究方法主要集中在岩爆类型及烈度等级研究、岩爆的预报预测研究和岩爆防治的工程措施等几个方面。

2工程概况新建雅泸高速公路为国高网北京至昆明高速公路（G5）在四川省境内的重要路段，雅泸路全线控制性泥巴山特长隧道位于四川省汉源县境内，为双线分离式隧道，设计车速80km/h。

隧道左线全长9962m，右线全长10007m，单口掘进5130m，为目前国内单口掘进长度最长的隧道，隧道最大埋深1648m，为国内之最。

隧道地质情况极其复杂多变，隧道深埋段极易产生高（极高）地应力，继而引发岩爆地质灾害，对施工人员及生产带来极大的安全隐患。

文章中介绍的岩爆段施工技术，有效加快了施工进度，减少了资源浪费，降低了安全隐患。

3施工技术3.1技术原理。

现阶段，大部分施工单位主要通过弱化围岩或改善围岩应力条件来防治岩爆。

本文将借助医学理论具体探析“防、治”岩爆的方法。

“防”岩爆的方法主要有：采用短台阶、超前小导洞开挖法；施工爆破中优化爆破设计；隧道掌子面和洞壁喷水或钻孔注水；提前释放高地应力；喷射钢纤维混凝土等施工方法。

“治”岩爆的方法主要有：采用新型退火钢丝网；边墙应力释放；局部打设胀壳式锚杆等施工方法。

高地应力下深埋隧洞开挖岩爆数值模拟与预测 1陈文亮，章青，刘仲秋河海大学工程力学系，南京（210098)E-mail：cwl9898@摘 要：结合锦屏二级水电站辅助洞工程,通过三维弹塑性有限元数值模拟,分析隧洞掌子面 推进过程中的围岩空间应力场状态和演化趋势；基于数值模拟结果选用4种不同的岩爆预测 方法， 对开挖过程中岩爆的发生情况进行了预测， 判定在洞肩和洞底角点处发生岩爆可能性 较大，这与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际发生情况基本一致。

关键词：深埋隧洞；数值模拟；应力场；岩爆；预测1. 引言岩爆是高应力区进行地下开挖时,由于破坏了岩体的力学平衡,围岩中产生了应力集中而 使岩体产生脆性破坏并伴随能量释放的动力失稳现象。

有关统计资料表明 所以在深层开挖中研究岩爆显得尤为重要。

近几十年来,国内外采矿界和岩体工程界的专家、学者对岩爆机理、岩爆预测以及岩爆 防治诸方面进行了大量的研究,取得了一定成果 刚度理论、岩爆倾向理论等外，近年来谢和平[ 2~6][1],岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤) 层中,一般而言，随着埋深的增加岩爆发生的机会将越来越大,。

在岩爆机理方面除了传统的强度理论、[ 8][7 ]采用分形理论、潘岳等采用突变理论来解释岩爆现象。

在岩爆预测方法方面根据不同的岩爆机理理论，可得出不同的判据，主要分 为应力判据，岩性判据，能量判据，临界深度判据等。

但由于岩爆是极为复杂的动力失稳现 象,岩爆的机理到目前为止还不很清楚,利用传统的岩爆分析方法来预测岩爆遇到了极大的困 难，在这种情况下,人工智能、专家系统、神经网络在岩爆预测中得到了很好的运用，如冯 夏庭等[9 ]提出的基于支持向量机的预测方法为岩爆预测提供了一条十分有效的途径。

在深埋隧洞开挖过程中,因开挖卸荷引起隧洞周边围岩应力场的扰动和重分布,导致围岩 应力值和方向发生变化。

而在影响范围之外,岩体应力维持初始地应力状态。

在高地应力区, 岩体强度高,储存的弹性应变能大,由于应力场的变化造成高强度脆性岩石内部破裂,引起弹 性应变能的突然释放,容易引起岩爆。