發(fā)布時間：2021-10-27 07:53

　　以引漢濟渭秦嶺輸水隧洞5號支洞為研究對象,微震監(jiān)測技術為手段,微震數據及巖爆實錄資料為基礎,分析了誘發(fā)巖爆的原因,并在此基礎上探究了微震事件活動與巖爆的關系。研究結果表明:地應力和掘進速率是誘發(fā)巖爆產生的主要影響因素,且埋深不同,其對巖爆產生的影響程度不同;微震事件的空間分布特征與掌子面位置存在緊密聯系,其"時、空、強"特征可以形象地演示巖爆的產生過程并用于對巖爆的預測預警;巖爆不會一直持續(xù)發(fā)生,而是會經歷擾動開挖-裂隙產生-巖體儲能-裂紋發(fā)育貫通-能量釋放的過程,且當能量釋放不徹底時,容易形成頻發(fā)型巖爆。 

【文章來源】：人民長江. 2020,51(03)北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

引漢濟渭嶺北輸水隧洞5號洞縱斷面

秦嶺輸水隧洞5號支洞于2018年6月19日開始安裝設備,20～29日調試設備、調整參數,30日開始正常監(jiān)測。圖2為2018年7月1日至2018年12月27日每月巖爆總數與微震事件和垂直埋深規(guī)律圖。其中圖2(a)為巖爆和微震事件與埋深之間的關系研究,此處埋深為當月內發(fā)生巖爆位置上覆巖層最高垂直埋深,為了方便描述,稱為埋深。從圖2(a)可以看出:巖爆數量隨著埋深增加呈現出遞增趨勢,且在8～9月份之間出現突增現象,表明隧洞深度是影響巖爆發(fā)生因素之一,而突增變化表明埋深在8～9月份時對巖爆影響較大或是其他影響因素共同作用的結果。微震事件數和巖爆數總體呈相似的遞增趨勢,在10月份時出現異常。這是因為10月份時雖然出現巖爆次數相對較多,但多為輕微巖爆和少量中等巖爆,微破裂相對與其他月份產生數量較少,因此出現與巖爆數量不同步現象,故綜合分析,微震事件與巖爆數具有很好的關聯性,可以用于表達巖爆在三維空間中的動態(tài)失穩(wěn)。圖2(b)為埋置深度變化程度對巖爆成因的誘發(fā)力度,顯示了觀察埋深和巖爆變化量之間的關系。圖2(b)中第一和第二縱坐標軸分別表示2018年下半年各相鄰月份之間巖爆發(fā)生數量和埋深的變化值,第三縱坐標表示埋深變化量和巖爆變化量的比值,它表示在垂直應力作用下,相鄰月份之間埋深變化量對巖爆產生的影響程度,即比值越小表示埋深對巖爆影響程度越大。如圖2(b)所示,巖爆變化量和埋深變化量均先增大后減小,再增大,進一步印證了埋深是巖爆產生的原因之一。變化量比值呈現先減少后增加的趨勢,而非直線變化,表明埋深僅是巖爆產生的原因之一,巖爆是多種因素共同作用的結果。其次還表明,埋深的增加對巖爆產生的影響程度有先增加后減少的趨勢,且當埋深較小時,其對巖爆產生的影響程度較小,且變化幅度較大,原因在于埋深較小時,垂直應力相對較小,其他影響因素共同作用的程度較明顯。而當埋深較大時,埋深對巖爆產生的影響程度雖然逐漸變小,但是其曲線變化相對緩慢,且逐漸增大后的最大值也小于埋深較小時的比值。其原因可能有兩種:一種是埋深越大,構造應力等其他作用力或其他影響因素對巖爆的影響程度逐漸增大,并逐漸超過垂直應力變化帶來的影響;另一種是隧道在開挖過程中,臨空面的形成,促使應力向深處重新分布,形成新平衡的二次應力場,致使巖體出現新的裂紋,而埋深和應力增大,起到了“愈合”裂紋的效果,致使下次巖爆產生時垂直應力對巖體的直接作用出現延遲,導致對巖爆的影響程度出現緩慢降低的現象。同時,圖2(a)也表明了8～9月份出現的突增現象是因為埋深的增加相對較大導致了巖爆數量的驟然變化。

經分析,出現這種現象的原因為:在7～8月份,掘進量為2018年下半年最高量,而巖爆數量卻為下半年的最低值,表明掘進條件良好,掘進速率對巖爆不產生大的影響。為了縮短工期和增加經濟效益,施工單位亦加大了掘進速度,雙重原因導致7,8月份掘進量為下半年最高量。8～9月份期間,以7,8月2個月為施工經驗,認為掘進速率仍對巖爆影響較小,所以掘進速率仍然以前兩個月為比照,快速掘進。而此時掘進速率對巖爆的影響逐漸增加,致使巖爆數量迅速增加,而產生的巖爆并沒有影響TBM機器的持續(xù)掘進,所以出現了9月份巖爆數量高,掘進量大的現象。第四季度開始的變化表明,巖爆與掘進速率開始出現同步,掘進對巖爆產生的影響逐漸增加,但由于9份開挖過快,巖體內部產生的應力分配尚未結束,新的平衡尚未形成,持續(xù)掘進造成巖爆極易產生。為了安全起見,施工單位也降低了掘進速率,便有了10月份掘進巖爆數量大而掘進量少的局面,之后一直到12月份,開挖擾動對巖爆產生的影響一直存在。巖體巖爆的產生主要受地應力及開挖擾動共同作用的影響,而地應力的類型主要包括垂直應力和構造應力。對上述巖爆、微震事件與埋深和掘進速率關系的綜合分析表明:所研究洞段在埋深較小時,自重應力和掘進速率對巖爆的影響程度相對較小,主要受構造應力作用;隨著埋深的增大,各影響因素的共同作用是巖爆產生主要因素。

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3461182