【摘要】：基于深部巖體隧洞不同開(kāi)挖方式下的巖爆現(xiàn)場(chǎng)情況及微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),確立了最大能量微震事件巖爆發(fā)生時(shí)間、等級(jí)的判定標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)深埋隧洞即時(shí)型巖爆的孕育及發(fā)生過(guò)程進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程中圍巖巖體處于破壞加速集聚并不斷擴(kuò)展的過(guò)程,此過(guò)程中微震事件數(shù)量不斷增加、能量參數(shù)不斷增大,當(dāng)巖爆發(fā)生時(shí)達(dá)到最大值;TBM開(kāi)挖過(guò)程可近似為準(zhǔn)靜態(tài)卸荷,受到開(kāi)挖方式的影響其裂隙擴(kuò)展范圍相對(duì)較小,圍巖承載力也較強(qiáng);而鉆爆法開(kāi)挖是初始應(yīng)力的動(dòng)態(tài)卸荷,爆破沖擊荷載造成的裂隙擴(kuò)展范圍較大,同時(shí)其圍巖儲(chǔ)能能力相對(duì)較差。
【圖文】：

第1期于洋:巖體隧洞巖爆過(guò)程微震特征及其擴(kuò)展機(jī)制圖1錦屏二級(jí)水電站位置Fig.1LocationofdiversiontunnelsofJinpingⅡhydropowerstation頭最高、裝機(jī)容量最大的引水發(fā)電站，屬于雅礱江梯級(jí)開(kāi)挖中的骨干水電站。工程樞紐主要由首部抵閘、引水系統(tǒng)以及尾部地下廠房3部分組成。水電站深埋隧道圍巖以Ⅱ，Ⅲ類大理巖為主，巖石堅(jiān)硬完整致密，少有結(jié)構(gòu)面發(fā)育，單軸抗壓強(qiáng)度為55～114MPa，彈性模量為25～40GPa，變形模量為8～16GPa。施工過(guò)程中發(fā)生規(guī)模不等的巖爆數(shù)百次，巖爆發(fā)生區(qū)占隧洞總長(zhǎng)的18.68%，累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)8km以上，，對(duì)施工進(jìn)度及工程安全造成了巨大影響。本研究根據(jù)巖爆發(fā)生時(shí)所發(fā)出的聲響級(jí)別、爆坑斷面尺寸及其孕育過(guò)程中的破壞特征，將巖爆劃分為輕微、中等、強(qiáng)烈3個(gè)級(jí)別，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)文獻(xiàn)［7］。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)縱觀整個(gè)引水隧洞的開(kāi)挖過(guò)程，輕微～中等巖爆區(qū)域累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)6km，強(qiáng)烈的達(dá)到2km以上。運(yùn)用南非ISS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞鉆爆法及TBM兩種不同開(kāi)挖方式下的整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程展開(kāi)連續(xù)性微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究。2巖爆孕育過(guò)程的微震特征分析2.1微震事件的評(píng)價(jià)指標(biāo)巖石破裂過(guò)程中會(huì)以彈性波的形式向外輻射能量，理論上每一個(gè)破裂產(chǎn)生時(shí)都會(huì)向外界輻射彈性波，即為一個(gè)微震事件。微震監(jiān)測(cè)過(guò)程中獲得的微震事件主要有以下兩方面評(píng)價(jià)參數(shù):(1)微震輻射能E巖體開(kāi)裂是彈性變形向非彈性變形轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在開(kāi)裂的同時(shí)會(huì)向外界輻射能量，經(jīng)常用以描述地震發(fā)生前巖體的變化特征，微震能量的表達(dá)式為:EP，S=85πρvPＲ2∫tS0u2corr(t)dt+85πρvSＲ2∫tS0u2corr(t)dt(1)式中:EP，S(EP+ES)是微震事件能量;ρ為巖體的密度;vP，vS分別為P波及S

水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)2017年2月圖2鉆爆法開(kāi)挖誘發(fā)即時(shí)型巖爆最大微震事件演化特征Fig.2Evolutionofmaximummicro-seismiceventswithimmediaterockbursts為1.6m。此次巖爆造成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的損壞，但所幸并無(wú)人員傷亡。此次即時(shí)型中等及強(qiáng)烈?guī)r爆孕育及發(fā)生過(guò)程中最大能量微震事件及其所對(duì)應(yīng)的震級(jí)演化特征見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，鉆爆法開(kāi)挖方式下:①中等巖爆發(fā)生過(guò)程中，最大能量微震事件的能量為105～106J，震級(jí)為0～0.6;②強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生時(shí)，微震事件最大能量大于106J，震級(jí)則大于0.6;③對(duì)于一個(gè)完整的巖爆孕育過(guò)程，最大能量微震事件向高能量、大震級(jí)方向移動(dòng)，當(dāng)巖爆發(fā)生時(shí)所對(duì)應(yīng)的能量、震級(jí)均達(dá)到最大值。2011年1月25日至2月1日期間，上述1－P-E工作面施工過(guò)程中無(wú)巖爆發(fā)生，圖3為2011年1月25日至2月1日最大能量微震事件的能量、震級(jí)演化特征。從圖3可見(jiàn):無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)，每日最大微震事件能量均圖3鉆爆法開(kāi)挖無(wú)巖爆的最大微震事件演化特征Fig.3Evolutionofmaximummicro-seismiceventswithoutrockburst小于105J;而最大震級(jí)也均小于－0.6，甚至達(dá)到了－1以下。這表明無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)圍巖較為穩(wěn)定，僅有較小尺度的巖石破裂發(fā)生。鉆爆法開(kāi)挖方式下多次巖爆孕育及發(fā)生過(guò)程中的微震事件率隨時(shí)間變化如圖4。從圖4可見(jiàn):鉆爆法開(kāi)挖即時(shí)性巖爆孕育過(guò)程中巖爆活動(dòng)區(qū)的微震事件數(shù)在巖爆發(fā)生的前4日至前2日的微震事件率相對(duì)平穩(wěn)并且均小于20%，而在巖爆發(fā)生前一日微震事件率迅速上升到25%左右，巖爆發(fā)生當(dāng)天微震事件率達(dá)到最大值均約為30%。由于微震事件是圍巖破裂的真實(shí)反映，因此即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程中的圍巖巖體主要經(jīng)歷裂隙的穩(wěn)定發(fā)展階段、加速集聚、巖爆的發(fā)生3個(gè)階段;同時(shí)說(shuō)明圖4巖爆孕育及發(fā)生過(guò)程中微震事件變化規(guī)律Fig.4C
【作者單位】： 華東交通大學(xué)土木與建筑學(xué)院巖土工程研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51509092)
【分類號(hào)】：TV554

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本文編號(hào)：2549504