大相岭隧道岩爆灾害分阶段预测与控制技术研究

摘要

近年来，随着我国经济建设的发展，对各项基础设施的需求，特别是交通运输设施的需求不断增加，因此各项交通工程的建设越来越多，其中涌现的许多深埋长大隧道。长大深埋隧道以其线路长、埋深大，其建设难度也越来越大，往往成为一条线的控制性工程。在长大深埋隧道工程中一个突出的问题是在高地应力条件下硬岩中开挖岩爆问题。随着建设的推进，岩爆的预测及岩爆隧道的安全施工成为摆在当前建设中的一个突出问题。
　　 本文以雅泸高速中的大相岭隧道为主要工程背景，展开对岩爆的预测和岩爆的施工
　　 控制研究：
　　 1.大相岭隧道设计阶段岩爆预测。利用实测地应力数据，借助有限元数值计算工具和多元回归分析数学原理，对区域地应力进行研究，得到了隧道区域初始地应力场的分布规律。应用隧道轴线处的主应力值对整个沿线的岩爆情况进行初步的预测，在初步预测的岩爆段内，分区段建立三维数值模型，就洞壁不同位置从应力、能量的角度判断岩爆的发生及烈度。
　　 2.大相岭隧道施工阶段岩爆预测。根据现场实测得到的二次应力值和围岩的抗压强度值，利用多种判据对未开挖段进行预测，预测效果对比得出Turchaninov判据更适合水平构造应力强烈的深埋隧洞岩爆的预测。对施工中发生的岩爆实例及每次岩爆的因素集进行统计作为岩爆样本，利用BP神经网络对掌子面前方20米进行预测，随着施工的进行，岩爆样本不断增加，预测的准确性也就逾高。
　　 3.大相岭隧道岩爆施工控制。应用数值模拟的手段，从洞周应力、应力集中区、高能量密度区对比分析得到不同岩爆等级下施工的最佳循环进尺。在最佳进尺下，模拟洞周应力集中、能量集中区的释放孔对应力、能量的集中程度的削弱，进而确定了释放孔的参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3目前研究存在问题

1.4研究内容和思路

1.4.1研究内容

1.4.2研究思路

1.4.3研究方法

第2章 岩爆特征及判据基础理论

2.1岩爆的定义

2.2岩爆的影响因素

2.2.1岩性

2.2.2地应力

2.2.3岩体结构和围岩等级

2.2.4地形地貌

2.2.5人为开挖

2.3岩爆的发生机理

2.3.1强度理论

2.3.2能量理论

2.3.3冲击倾向理论

2.3.4变形失稳理论

2.4岩爆的发生判据及分级

2.4.1基于强度理论的应力指标

2.4.2基于物理力学特征的岩性指标

2.4.3基于能量理论的判据

2.4.4基于数学方法的岩爆预测

2.5本章小结

第3章 大相岭隧道设计阶段岩爆预测研究

3.1基于岩性指标岩爆预测

3.1.1单轴压缩下岩石破坏后区破坏型式的试验研究

3.1.2岩石脆性指标法

3.1.3能量冲击性能指标法

3.1.4弹性应变能指数测试

3.2基于强度理论岩爆预测

3.2.1大相岭隧道初始应力场回归分析

3.2.2隧道二次应力场数值分析及岩爆预测

3.3本章小结

第4章 大相岭隧道施工阶段岩爆预测研究

4.1现场洞壁二次应力的测试研究

4.2基于现场洞壁二次应力的岩爆预测研究

4.3基于GA-BP人工神经网络的多因素预测

4.3.1岩爆多因素评判指标和分级方案

4.3.2 GA-BP人工神经网络概述

4.3.3 BP人工神经网络的岩爆预测

4.4本章小结

第5章 大相岭隧道岩爆施工控制技术研究

5.1岩爆段施工工法的研究

5.1.1岩爆段施工进尺的选择

5.1.2应力集中带和高能区的应力(能量)释放控制

5.2岩爆防治施工措施

5.2.1改善围岩的物理力学特性

5.2.2改善围岩应力状态和控制围岩破裂方式

5.2.3加固围岩

5.3本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表文章及参加的科研项目