拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演.pdf

  • 文档大小:1.63 MB
  • 文档格式:pdf
  • 约 5页
  • 2021-07-02 发布
  • 举报
拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演1 拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演2 拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演3 拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演4 拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演5
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
———文章编号:10094539(2018)增1014605・隧道/地下工程・拉林铁路巴玉隧道强岩爆段初始应力场反演郭强(中铁十二局集团第-'SE程有限公司山西太原030032)摘要:拉林铁路巴玉隧道开挖过程中岩爆频发,严重影响了工程安全。基于实测的巴玉隧道开挖过程中地应力测试成果,采用全局优化随机搜索的应力边界试算方法,反演分析了巴玉隧道强岩爆段初始应力场。研究结果表明:巴玉隧道强岩爆段最大主应力垂直于隧道走向,主应力与埋深呈正相关且最大主应力最大值可达52.4MPa。二次开挖应力分布特征表明巴玉隧道开挖过程中拱腰极易发生岩爆,拱顶和边墙岩爆发生的可能性相对较小。研究结果可为川藏铁路岩爆发生机理和防治研究提供参考。关键词:巴玉隧道岩爆地应力随机搜索中图分类号:U452.12文献标识码:A—DOI:10.3969/j.issn.10094539.2018.S1.040InitialGeostressInversioninBayuTunnel、)l,ithIntensiveRockburstinNyingchi・LhasaRailwayGuoQiang(ChinaRailway“12BureauGroup”2EngineeringCo.Ltd..TaiyuanShanxi030032,China)Abstract:RockburstsoccurfrequentlyduringtheexcavationofBayuTunnelin—NyingehiLhasaRailway,influencingtheengineeringsafetyseriously.Basedonthein-situgeostresstestingresults,thetrialcalculationmethodofstressboundaryisusedtojnversetheinitialstressoftunnelsectionswithintensiverockburstbyoverallrandomsearch.Thestudyshowsthatthemaximumprincipalstressisperpendiculartothetunneldirection.Theprincipalstressandburieddeptharepositivecorrelationanditsmaximumvaluereaches52.4MPa.ThefeatureofsecondaryexcavationstressindicatesthatthespandrelofBayuTunnelhasthehighpossibilityofrockbursts,whiletherockburstsprobabilityofvaultandsidewallisrelativelysmall.Theresearchcouldbeareferenceforstudyingtheoccurrencemechanismandcontrolofrockburstsduringtheconstructionof—SichuanTibetRailway.Keywords:BayuTunnel;rockburst;geostress;randomsearch1引言岩爆是深埋高应力硬岩隧道开挖过程常见的一种动力型地质灾害。在我国深埋隧道领域,成昆铁路关村坝隧道、秦岭铁路隧道、川藏公路二郎山隧道、秦岭终南山特长公路隧道和锦屏二级水电站引水隧洞等都发生了高烈度等级的岩爆事件¨o,严重影响了施工安全。地应力是深埋隧道工程岩爆灾害防治的重要依据旧。3J。地应力场反演是基于现—收稿日期:201803一01作者简介:郭强(1970一),男,高级工程师,主要从事隧道施工与科研工作。146钐}道建筑技术场个别离散点应力测量结果,采用数力方法对目标区域的地应力分布的推算和拓展一。6。。川藏铁路既是西藏连接川I渝经济圈和长江经济带的大能力快捷通道,也是极为重要的国防线路。沿线穿越多座高山,将建造处于高地应力区的隧道35座,隧道最大埋深2600m,因此遇到高地应力岩爆问题不可避免l7I。本文重点研究在建拉林铁路强岩爆洞段的应力特征与发生条件,这可为后续高地应力问题更为突出的林康段的安全建设提供科学依据。拉林铁路岩爆频发的桑珠岭和巴玉隧道地应力反演主要是根据隧道开挖前山南地区区域性地应力测点的结果旧。9。。王庆武等的地应力RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGy2018f增TJ万方数据・隧道/地下工程・反演结果表明巴玉隧道地层地应力以竖向主应力为主,隧道拱脚为应力集中部位¨0。111。但在实际开挖过程中发现巴玉隧道岩爆主要发生在拱腰部位。因此,有必要根据最新的地应力测试结果研究巴玉隧道岩爆发生的特点及其应力条件。本文以巴玉隧道开挖过程中的实测地应力成果为基础,采用试算法并结合随机搜索,全局优化应力边界,反演分析了巴玉隧道强岩爆段的应力分布特征,并对岩爆潜在发生的断面部位进行了评估。2实测地应力特征2.1工程概况巴玉隧道位于藏南谷地桑加峡谷下游段,是新建川藏铁路拉林段的三大控制性工程之一。该隧道为单洞单线铁路隧道,其起讫里程为DKl90+388一DK203+461,正洞全长13073m,进、出口各设置平导一座,平导长度共计8131m。隧道主要岩性为中粒角闪黑云花岗岩(E:R),部分区段夹有极少量的伟晶岩脉,构造发育轻微,里程DK200+006左右—有近垂直藏木断层,断层破碎带宽3050m,工程区地面标高3—2605500m,属于典型的高山峡谷地貌,如图1所示。隧道埋深最大的位置位于DKl95+000一DKl96+000,最大埋深达2080mlI2|。该隧道存在岩爆、地热、放射性等不良地质,特别是岩爆问题突出。现场统计,从2015年8月至2017年12月底岩爆发生段落占整个开挖长度的85%以上,施工安全风险极大,为I级风险管理隧道。2.2实测地应力特征2017年,分别在DKl94+200、DK201+468采用空芯包体法进行地应力测试,如图2所示。图1巴玉隧道进口地貌图2巴玉隧道DKl94+200现场地应力测试表1为巴玉隧道施工过程中目前已进行的地应力测试结果。由表1可知:I号测点最大主应力近似于水平方向且基本垂直于隧道走向,中间主应力易}道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY近似于垂直方向,垂直应力可按照上覆岩层厚度和Ⅱ容重乘积来计算。最小主应力为水平方向。号测点最大主应力与I号测点基本相同,近似于水平方向且基本垂直于隧道走向,中间主应力及最小主应力与I号测点差别较大,方位角基本相同,但倾角区别较大,近似于45。。总的来说,测点的地应力类型均可近似为盯。>盯。>盯。,最大主应力垂直于隧道走向,对隧道的稳定性影响较大。表1巴玉隧道实测地应力成果测试序号及桩号埋深/m主应力大/b/MPa方位/(o)倾角/(。)0-149.7197.72.3I(DKl94+200)1446.10"239.1l86.783.50"336.1108.0—6.10"148.6190.7—1.111(DK201+468)13660-230.O一78.1—44.O0"325.199.5—45.93巴玉隧道初始应力场反演方法3.1反演流程巴玉隧道初始应力场反演简要流程概述如下:(1)根据巴玉隧道周边地形等高线图,确定反演区域,提取区域内等高线高程信息,通过SURFER软件获取能反映山体地形走势的坐标点。(2)采用ANSYS建立巴玉隧道三维地质力学模型。(3)根据已有的岩石力学基本力学参数,对上述的模型赋予本构模型、物理力学参数、边界条件以及初始条件等,利用FLAC3D试算巴玉隧道地应力分布特征。(4)根据2.2节的地应力测试成果,通过试算法结合随机搜索,采用应力边界调整法,使得模拟获得的地应力分布与已有的地应力测试数据达到最佳拟合效果。(5)基于所算的最佳应力边界条件,获取能反映现场真实情况的地应力分布特征及隧道强岩爆段垂直应力、水平应力等变化特征。特别说明:巴玉隧道初始地应力反演考虑了地形山体走势、藏木断层等显著影响因素,反映此条件下的地应力分布状况,忽略了局部构造作用,未能充分考虑到因局部构造作用引起的应力升高、偏转、卸载等状况。2018i增1)147万方数据・隧道/地下工程・3.2初始应力场反演优化算法为获得优化的模型边界条件,采用试算法结合随机搜索进行寻优,该方法是基于随机搜索的全局优化算法。随机搜索算法通过在整个优化区域不断产生随机点,控制算法的全局性,进而快速找到全局最优区间;随机搜索算法找到最优空间后,在最优空间继续进行寻优直至获得最优解,从而得到地应力场。其计算思路如图3所示。缩小寻优空间寻优空间包含所需边界条件建立数值模型在搜索空间随即产生删界条件二二二][二二二通过数值计算,得到每组边界条件所对应的测点应力值找到最优边界条件二二二工二二结果是否满意停止新确定优空间寻优空间不含所需边界条件图3地应力边界条件优化算法定义下列参数:六。。为通过现场实测得到的测点应力值;六。。为通过数值计算得到的测点应力值。7∈”‘R为优化参数胛(吾,苫)的参数寻优空间,定义:IlfllM。=/『[八卢)2]即√^刍则数值计算的相对误差为:山体海拔高度为z轴方向。在隧道走向方向上,主要考虑藏木断层破碎带对地应力分布的影响,忽略其它局部断层及地质构造的影响。图4为SURFER软件中通过等高线获取的研究范围的山体表面三维高程信息并建立对应三维地质模型。模型底部添加垂直位移约束,上表面为自由面,侧面施加水平位移约束并通过施加梯度应力模拟水平方向上的构造应力挤压作用,计算时采用弹性本构模型,岩体物理力学参数见表2所列。图4巴玉隧道山体表面高程分布特征表2岩体物理力学参数密度/体积模剪切模内聚抗拉强内摩擦岩性(kg・m。)量/GPa量/GPa力/MPa度/MPa角/(o)花岗岩265028.920.474.353藏木断层24005.563.172.31.730(1)4。2初始应力场分布特征△num(了):I监盟业趔她l×100%Il丘。(f)|I(2)△本算法的目标是通过计算,使目标方程Min(~fERn(Z))达到极小。4反演结果分析4.1反演数值模型及参数考虑到巴玉隧道进出El位置埋深较小,岩爆风险不大,同时为减小模型网格数量,增加运算效率,选取DKl92+000~DK202+000共10000in以及隧道两侧共2650111作为研究区域,以隧道轴线方向作为x轴方向,垂直于隧道轴线方向为Y轴方向,148铁道建筑技术基于第3章所述的地应力反演方法,巴玉隧道沿线地应力分布特征如图5所示(里程0~10000m对应巴苄隧道桩号DKl924-000~DK202+()001.图5巴玉隧道沿线地应力分布特征可以看出,除J7藏木断层破碎带位置发生r应力松弛,隧道位置最大主应力基本都大于50MPa,最大主应力为Y向水平应力。复杂地形条件下,山RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018f增7J万方数据・隧道/地下工程・谷位置受到较大构造应力作用,地表位置构造应力达至0了40MPa以上。DKl93+000~DK200+000,隧道埋深较大,中间主应力为垂直应力,可通过岩层重度及埋深大致计算。最小主应力为x向水平应力,隧道不同里程最小主应力分布与埋深呈负相关的关系,如在埋深较小的里程如DKl93+000,隧道最小主应力反而比DKl95+000的最小主应力大。图6为主应力与埋深的拟合:随着埋深的增加,主应力与埋深呈正比关系,但是在浅部,受到复杂山体地形的影响,与深部应力一埋深线性关系有所不同埋深/ma.最大主应力埋深/mb.中间主应力C.最小主应力图6巴玉隧道初始主应力与埋深关系表3所列为地应力数值计算结果与实测结果对比。由表3可知:反演计算值与实测地应力成果基本一致,表明地应力反演结果可靠,可以反映山体铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY地应力场的分布规律。表3反演计算值与实测地应力结果对比测点编号主应力实测值/MPa反演值/MPa相对误差/%O"l49.750.491.59I0"239.1139.17O.150"336.126.925.48矿l48.649.782.42Ⅱ0"230.037.9826.60"325.133.8l34.74.3岩爆发生部位评估如图7所示,巴玉隧道开挖后最大主应力为128.3MPa,从拱顶到拱腰到边墙,相同深度主应力逐渐减小。隧道围岩表面发生应力松弛,边墙卸载区域较大,卸载程度高,不易发生岩爆。拱腰应力较高,卸载区较小,结合塑形区分布,可知拱腰极易发生岩爆。拱顶为剪切破坏.岩爆风险相对较小。ConlotaofSMin■●P^*■帅t・0“0..000E淼嚣’“I・100'008I:戮嚣∞“和o.007融器器嚣E黧篇图7开挖后巴玉隧道最大主应力五图5结论(1)根据已有地应力测试成果,巴玉隧道地应力类型为盯。>or。>盯。,其中最大主应力垂直于隧道走向,对隧道的稳定性影响较大,中间主应力近似于垂直方向,可按照上覆岩层厚度和容重乘积来计算。最小主应力近似于平行隧道走向,对隧道稳定性影响不大。(2)地应力反演结果表明巴玉隧道主应力值与埋深呈正相关关系,最大主应力最大值可达52.4lVlPa,中间主应力最大值为45.6MPa,最小主应力最大值为29.9MPa。测点的反演计算值与实测应力成果基本一致,表明反演结果可靠,可以反映山体地应力场的分布规律。(3)巴玉隧道开挖过程中拱腰极易发生岩爆,拱顶和边墙岩爆发生的可能性相对较小。参考文献[1]冯夏庭,陈炳瑞,张传庆,等.岩爆孕育过程的机制、预2018I增11149怒嚣端端篇裟僦奏砉黧黧万方数据・隧道/地下工程・—警与动态调控[M].北京:科学出版社,2013:12.景琦.极强岩爆洞段TBM导洞扩挖法施工技术研究与—应用[J].铁道建筑技术,2016(6):2731.孙继红.深埋长大隧洞高地应力岩爆段施工关键技术—探讨[J].铁道建筑技术,2017(6):103107.王金安,李飞.复杂地应力场反演优化算法及研究新—进展[J].中国矿业大学学报,2015(2):189201.王成虎,邢博瑞,陈永前.长大深埋隧道工程区地应力状态预测与实例分析[J].岩土工程学报,2014(5):—955960.汪波,何川,吴德兴,等.苍岭特长公路隧道地应力场—反演分析[J].岩土力学,2012,33(2):628634.郑宗溪,孙其清.川藏铁路隧道工程[J].隧道建设,—2017(8):10491054.・-.4.---4----4---+---4"---4---o.-4----+---4-_-+-(上接第120页)中后支腿横移过程,前支腿实际偏移量均小于理论值,这是由于中支腿位置为滑动摩擦转动,抵消了部分转动位移,在中支腿脱空后,会将此部分位移释放回来,所以横移过程不能单一地以前支腿中心到桥墩中心线为准。(2)横移后支腿后支腿位置,移动支架向曲线外横移350mm,此过程横移顶推力为96t,监测前支腿向曲线内偏移330mm,后支点小车位置移动支架向曲线外偏移552mm。考虑后支腿位置支点反力为400t,摩擦系数为0.24,前支腿理论偏移量为346mm,实际偏移量少了16mm。(3)回位后支腿移动支架在倒运中后支腿后,在后支点小车电机的驱动下纵移过孔,过孔后在中后支腿塞人刹车垫块,之后就要在后支腿上将支架横移回位。后支腿回位量以架梁位置为准(支架中心线与梁体中心线重合),此过程移动支架向曲线外横移875mm,横移顶推力为135t。根据现场具体横移施工,可以得出中后支腿上下转盘的摩擦系数(0.24)要大于理论上的钢与钢之间摩擦系数。在实际横移过程中,前支腿的实际偏移量要小于理论值,这是由于中支腿位置为滑动摩擦转动,抵消了部分转动位移。150铁道建篱技术[8]王成虎,王显军,许俊闪,等.拉萨到林芝铁路桑珠岭—隧道DKSZLSD-2钻孑L地应力测试报告[R].北京:中国地震局地壳应力研究所,2015:l一20.[9]胡勇.桑日一加查河谷段地应力场特征及隧道岩爆预—测分析[D].成都:成都理工大学,2016:115.[10]王庆武,巨能攀,杜玲丽,等.拉林铁路巴玉深埋隧道—地应力场反演分析[J].铁道建筑,2016(10):5962.[11]王庆武,巨能攀,杜玲丽,等.深埋长大隧道岩爆预测与工程防治研究[J].水文地质工程地质,2016(6):—8894.100.[12]中铁二院工程集团有限责任公司.川藏铁路拉萨一林芝段巴玉隧道施工图设计[z].成都:中铁二院工程—集团有限责任公司,2014:110.”————————————・-+一+-++一+一+一+一+一-卜一+一+-一_卜一-卜一+一+*卜一+卜一+一一+_一+-一・卜・6结论在国内外工程领域,对节段拼装施工工艺优越性的认可度不断提高,节段拼装桥梁越来越受工程师的青睐。SX64/2200型移动支架造桥机从总体组成至架设方案能满足架设64≥m双线铁路节段拼装箱梁(尺2200m),并在成昆铁路扩能工程海控湾特大桥成功应用,其适用性、可靠性和稳定性得到验证,特别对于我国西部山区修建铁路经常出现墩高跨短现象以及技术经济指标不合理问题提供了一份有效的解决方案。参考文献[1]王立新.移动支架造桥技术在我国铁路上的应用与展—望[J].铁道建筑技术,2002(6):68.[2]朱雄.移动支架造桥机一次架设两孔施工技术研究—[J].铁道建筑技术,2015(4):2427.[3]黄耀怡.苏通长江大桥TP75m/1200t架桥机结构总—体设计[J].铁道建筑技术,2006(1):1218,30.[4]周光忠.节段预制拼装移动支架造桥机施工技术要点手册[M].北京:中国铁道出版社,2009.[5]季兴华.SX48m/l500t双线节段拼装造桥机在包西—铁路上的应用[J].铁道建筑技术,2010(3):3034.[6]贾力锋,黄耀怡.DP700型架桥机的应用及改进[J].—工程机械,2010,41(7):6368.[7]黄耀怡,张均益,陈浩,等.广州城轨DP700型架桥机的纵移过孔技术与机构[J].建设机械技术与管理,—2008,21(8):102107.[8]邹超.64m跨单线铁路箱梁移动支架造桥机曲线过—孔技术[J].施工技术,2016(5):6668.RAILWAYCONSTitUCTl0NTECHNOLOGY2018{增1l1』1J1j1J234567心口Hb№门万方数据
祥福铺
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档