高原深埋TBM施工隧洞岩爆风险评估及对策研究

发布时间：2017-08-18 11:21

  本文关键词：高原深埋TBM施工隧洞岩爆风险评估及对策研究

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【摘要】：21世纪以来,我国隧洞工程发展总趋势是“长、大、深”,即长度大、大断面和大埋深。地下隧洞围岩的稳定性直接影响着地下工程的成败,而岩爆是大型地下工程中常常遇到的重要地质灾害之一。以高原深埋TBM施工隧洞岩爆为研究对象,补充了隧址区片岩室内岩石力学试验,归纳了隧址区4种岩样室内岩石力学试验结果,分析了研究区原岩应力场和二次应力场,运用强度理论和神经网络对研究区的岩爆进行了风险评估,在此基础上提出了岩爆洞段的施工措施。研究岩爆的风险与施工对策,有利于及早发现问题,降低岩爆带来的损失,同时为雅鲁藏布江下游的规划设计提供依据。取得如下几点研究成果:(1)片岩室内力学试验结果表明:常规三轴试验中,轴压受围压影响较大,较小的围压都可以使轴压的峰值强度明显提高。在卸围试验中,卸围条件下的应力-应变曲线包含弹性-屈服-脆性-塑性四个阶段,且曲线存在明显的屈服阶段;对不同卸围速率试验分析发现,卸围速率过快会导致试样的加速破坏。(2)对研究区的原岩应力场和二次应力场的分析,研究区属极高应力区,估算出最大主应力值约为80 MPa,且主应力值随埋深的增加而增加。此外,基于有限元分析方法实现了原岩应力场的数值模拟。结果表明,隧洞轴线最大主应力值约为76 MPa,由于受断层的影响,其在断层附近减小了约10 MPa。随后,对埋深2000 m条件下的二次应力场的空间分布特征进行分析,结果表明,岩爆发生位置可能受应力差的影响,引水隧洞掌子面到2倍洞径区是岩爆高发段。(3)运用强度判据和能量判据分别对研究区的岩爆进行评估。结果表明,该区域以弱~中等岩爆为主,部分区域存在强烈岩爆发生的可能。此外,运用BP神经网络对岩爆倾向性进行评估,其结果为弱~中等岩爆,与判据结果基本一致。(4)由于岩爆的成因主要取决于隧洞的应力条件和施工触发,提出本工程岩爆洞段的施工应采取预防为主,防治结合的方案。同时考虑到距掌子面到2倍洞径处为岩爆多发段,从支护措施方面考虑,及时有效地实施支护不仅能够改善地应力的大小和分布,同时还能使隧洞周边岩体的应力状态从平面变为空间三向受力状态,进而实现减缓或避免岩爆地质灾害的发生。
【关键词】：高地应力 岩爆 岩石隧道掘进机 风险评估 施工对策
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV554
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题依据及研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 地应力研究现状12-13
• 1.2.2 岩爆机理及风险评估研究现状13-16
• 1.2.3 岩爆洞段TBM施工技术研究现状16-17
• 1.3 论文研究思路、内容及技术路线17-20
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 研究思路18
• 1.3.3 技术路线18-20
• 第2章 地质环境条件20-30
• 2.1 自然地理条件20-22
• 2.1.1 地理位置与交通20-21
• 2.1.2 气候21
• 2.1.3 水文21-22
• 2.2 区域地质背景22-24
• 2.2.1 区域地质构造22-24
• 2.2.2 地震24
• 2.3 工程地质条件24-28
• 2.3.1 地形地貌24-25
• 2.3.2 地层岩性25-27
• 2.3.3 地质构造27-28
• 2.4 水文地质条件28
• 2.5 隧洞工程地质分段与特征28-30
• 第3章 隧址区岩石的物理力学特性30-46
• 3.1 概述30-31
• 3.2 岩石的物理特性31-32
• 3.3 岩石的单轴抗压强度与压缩试验32-36
• 3.3.1 试验过程33-34
• 3.3.2 试验结果及分析34-36
• 3.4 岩石的抗拉强度36-38
• 3.4.1 试验过程36-37
• 3.4.2 试验结果及分析37-38
• 3.5 岩石的三轴试验特征38-41
• 3.5.1 试验制备和试样设计38-39
• 3.5.2. 试验结果及分析39-41
• 3.6 岩石的卸荷特性研究41-45
• 3.6.1 不同围压下的卸荷三轴试验42-43
• 3.6.2 不同速率下的卸荷三轴试验43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 隧洞的原岩应力场及二次应力场分析46-66
• 4.1 概述46
• 4.2 原岩应力场的初步估算46-53
• 4.2.1 垂直应力场分布规律47-48
• 4.2.2 水平应力场分布规律48-52
• 4.2.3 最大应力方向52-53
• 4.3 原岩应力场的数值模拟研究53-56
• 4.3.1 三维地质力学模型的建立53-54
• 4.3.2 成果分析54-56
• 4.4 二次应力场的平面分布特征研究56-59
• 4.4.1 静水压力式的天然应力场57
• 4.4.2 非均布天然应力场57-59
• 4.5 二次应力场轴向分布特征的数值模拟59-65
• 4.5.1 计算模型确定59-60
• 4.5.2 成果分析60-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 隧洞围岩的岩爆风险评估66-83
• 5.1 概述66
• 5.2 岩爆的评判及分级66-70
• 5.2.1 岩爆的影响因素66-69
• 5.2.2 岩爆的烈度69-70
• 5.3 基于理论方法的岩爆风险性评估70-76
• 5.3.1 强度理论判据法70-74
• 5.3.2 能量理论判据法74-76
• 5.4 基于BP神经网络的岩爆风险性评估76-81
• 5.4.1 神经网络模型的建立77-79
• 5.4.2 神经网络的训练与测试79-80
• 5.4.3 引水隧洞岩爆预测及结果分析80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第6章 岩爆洞段TBM施工对策研究83-98
• 6.1 TBM概述83-84
• 6.2 TBM掘进施工过程中的主要工程地质问题84-89
• 6.2.1 高地应力85-86
• 6.2.2 断层破碎带86
• 6.2.3 软岩86-87
• 6.2.4 地下水87-88
• 6.2.5 研究区主要地质问题88-89
• 6.3 岩爆洞段TBM的施工对策89-94
• 6.3.1 弱岩爆洞段的施工对策89-91
• 6.3.2 中等岩爆洞段的施工对策91-93
• 6.3.3 强烈岩爆洞段的施工对策93-94
• 6.4 基于岩爆风险评估的TBM选型建议94-96
• 6.4.1 TBM选型影响因素分析94-95
• 6.4.2 TBM选型建议95-96
• 6.5 本章小结96-98
• 结论与建议98-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-105
• 攻读学位期间取得学术成果105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：694302