改建铁路成昆线老鼻山隧道岩爆倾向性预测分析与防治技术研究

在深埋硬岩隧道的施工过程中,岩爆是常见的工程地质灾害之一。岩爆的发生不仅会影响工程的正常进度,也会严重威胁施工人员的安全。由于岩爆问题的复杂性和工程地质条件的多样性,对岩爆的研究还存在着许多不足。对于岩石工程,岩爆预测和处置措施研究对隧道的设计和施工具有重要的理论和工程意义。改建铁路成昆线老鼻山隧道线路长、埋深大、地应力高,岩爆发生概率极高。本文以此隧道施工建设为背景,对岩爆的影响因素进行了初步分析,运用多种岩爆预测方法,对其岩爆倾向性进行了预测,并重点分析了超前应力释放导洞和锚喷支护对该隧道岩爆处置的效用。主要研究内容如下:(1)通过对老鼻山隧道隧址区地应力测量数据的整理,运用回归分析的方法得出了隧址区地应力值随隧道埋深的变化曲线。对隧址区岩样进行了单轴抗压强度试验、岩石全应力—应变曲线试验以及岩石单轴加卸载试验。基于实验数据,分别采用应力判据(Russeneses判据、Barton判据和陶振宇判据)、能量判据和冲击性判据对老鼻山隧道的岩爆倾向性进行了预测,预测结果为中等岩爆。(2)采用Russenes和Turchaninov判据,数值模拟了地应力场变化对隧道岩爆倾向性的影响规律,探讨了侧压系数、隧道埋深、最大水平主应力与隧道轴线夹角、竖向应力与隧道中轴线夹角等因素对岩爆的影响,研究了隧道开挖工法、隧道台阶长度、隧道开挖进尺等施工因素对岩爆倾向性的影响。(3)结合老鼻山隧道的工程实践,数值分析了超前应力释放导洞对岩爆的控制作用,以调控隧道洞周切向应力为目标,对导洞断面形式、导洞孔径、导洞位置、导洞开挖长度等导洞参数进行了优化;以锚喷支护对岩爆的抑制作用为目标,对初喷混凝土厚度、钢纤维混凝土中钢纤维的体积含量、锚杆间距、锚杆长度等施工参数进行了优化。