Prediction of Rockburst Tendency and Study of Influencing Factors in Extra-Long Deep-Buried Tunnels

CHEN Xianfeng; LI Dewu; LIU Jinsong

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20220420003

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Prediction of Rockburst Tendency and Study of Influencing Factors in Extra-Long Deep-Buried Tunnels

更新时间：2024-11-04

- Prediction of Rockburst Tendency and Study of Influencing Factors in Extra-Long Deep-Buried Tunnels
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 5, Pages: 1184-1192(2024)
- 作者机构：
  
  1.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031
  2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220420003
  CLC： TU456.3
- Received：20 April 2022，
  
  Revised：2022-06-09，
  
  Published：15 October 2024
- 稿件说明：
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陈贤丰,李德武,刘金松.特长深埋隧道岩爆倾向性预测与影响因素研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1184-1192.

CHEN Xianfeng,LI Dewu,LIU Jinsong.Prediction of Rockburst Tendency and Study of Influencing Factors in Extra-Long Deep-Buried Tunnels[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1184-1192.
陈贤丰,李德武,刘金松.特长深埋隧道岩爆倾向性预测与影响因素研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1184-1192. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220420003.

CHEN Xianfeng,LI Dewu,LIU Jinsong.Prediction of Rockburst Tendency and Study of Influencing Factors in Extra-Long Deep-Buried Tunnels[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1184-1192. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220420003.

摘要

岩爆倾向性预测是深埋硬岩隧道工程施工的难点，以往研究多以隧道施工中现场监测数据为预测基础，但预测结果存在时效性和局限性。从西南地区某特长深埋隧道工程区地应力现场实测数据出发，对区域地应力场进行三维数值反演分析，获取隧道轴向地应力特征，从而对隧道施工中岩爆倾向性等级进行预测，并利用数值模拟手段对岩爆影响因素进行对比分析，其结果可为类似特长深埋隧道工程提供参考。研究结果表明：①实测点附近三向主应力总体趋势为：σ

＞σ

，其中最大水平主应力σ

值为10.96 ~ 17.07 MPa，方向N9°W ~ N7°E；②隧道轴向最大水平主应力σ

最大值为23.88 MPa，最小水平主应力σ

较恒定；竖向主应力σ

最大值为46.70 MPa，其量值变化和隧道埋深呈正相关。该隧道具备岩爆发生的基本条件，施工中存在中等、强烈岩爆风险；③侧压系数为0.8时，墙角处岩爆倾向性较大，其他各部位倾向性相同；埋深越大，岩爆倾向性越大，且各部位岩爆倾向性受埋深的影响程度基本一致；围岩弹性模量为40 GPa时，岩爆倾向性最大；围岩内摩擦角大于40°时，隧道断面各部位岩爆倾向性趋于平稳。

Abstract

Rockburst tendency prediction is a challenge in the construction of deep-buried hard rock tunnels. Previous studies have mainly relied on on-site monitoring data from tunnel construction

but these predictions are limited by their timeliness and scope. Based on the field-measured data of geo-stress from an extra-long deep-buried tunnel engineering area in Southwest China

a three-dimensional numerical inversion analysis of the regional stress field was conducted to obtain the axial stress characteristics of the tunnel. This enabled the prediction of rockburst tendency levels during tunnel construction. Numeri

cal simulation methods were used to compare and analyze the influencing factors of rockburst. The results can serve as a reference for similar extra-long deep-buried tunnel projects. The research results showed that: (1) The overall trend of the three-direction principal stress near the measurement point was σ

with the maximum horizontal principal stress σH ranging from 10.96 ~ 17.07 MPa

oriented at N9°W ~ N7°E. (2) The maximum horizontal principal stress σH in the tunnel was 23.88 MPa

while the minimum horizontal principal stress σh was relatively constant. The vertical principal stress σv reached 46.70 MPa

and its variation was positively correlated with the tunnel's burial depth. The tunnel met the basic conditions for rockburst occurrence

with moderate to strong rockburst risk during construction. (3) When the lateral pressure coefficient was 0.8

the rockburst tendency was higher at the wall corners

while other locations exhibited similar tendencies. The greater the burial depth

the higher the rockburst tendency

and the impact of burial depth on rockburst tendency was generally consistent across different locations. When the elastic modulus of the surrounding rock was 40 GPa

the rockburst tendency was the largest. When the internal friction angle of the surrounding rock exceeded 40°

the rockburst tendency across the tunnel section became stable.

关键词

Keywords

references

郭长宝，吴瑞安，蒋良文，等 . 川藏铁路雅安-林芝段典型地质灾害与工程地质问题［J］. 现代地质， 2021 ， 35 （ 1 ）： 1 - 17 .

Guo C B ， Wu R A ， Jiang L W ， et al . Typical geological hazards and engineering geological problems of the Ya'an-Lyingzhi section of the Sichuan-Tibet Railway ［J］. Modern Geology ， 2021 ， 35 （ 1 ）： 1 - 17 . （in Chinese）

冯夏庭，肖亚勋，丰光亮，等 . 岩爆孕育过程研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2019 ， 38 （ 4 ）： 649 - 673 .

Feng X T ， Xiao Y X ， Feng G L ， et al . Research on the process of rockburst inoculation ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2019 ， 38 （ 4 ）： 649 - 673 . （in Chinese）

Feng X T ， Liu J B ， Chen B R ， et al . Rockburst monitoring， early warning and control in deep metal mines ［J］. Engineering ， 2017 ， 3 （ 4 ）： 233 - 249 .

魏英华，柳飞 . 高地应力隧道岩爆机理数值模拟分析［J］. 现代隧道技术， 2020 ， 57 （ 6 ）： 46 - 54 .

Wei Y H ， Liu F . Numerical simulation analysis of rockburst mechanism in high in situ stress tunnels ［J］. Modern Tunnel Technology ， 2020 ， 57 （ 6 ）： 46 - 54 . （in Chinese）

何满潮，李杰宇，任富强，等 . 不同层理倾角砂岩单向双面卸荷岩爆弹射速度实验研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2021 ， 40 （ 3 ）： 433 - 447 .

He M C ， Li J Y ， Ren F Q ， et al . Experimental investigation on rockburst ejection velocity of unidirectional double-face unloading of sandstone with different bedding angles ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2021 ， 40 （ 3 ）： 433 - 447 . （in Chinese）

韩侃，陈贤丰，杨文斌，等 . 基于微震监测的川藏铁路某隧道岩爆预测研究［J］. 铁道工程学报， 2020 ， 37 （ 11 ）： 90 - 95 .

Han K ， Chen X F ， Yang W B ， et al . Research on rockburst prediction of a tunnel of Sichuan-Tibet Railway based on microseismic monitoring ［J］. Chinese Journal of Railway Engineering ， 2020 ， 37 （ 11 ）： 90 - 95 . （in Chinese）

Wang J M ， Zheng X H ， Zhou J F . Practices on rockburst prevention and control in headrace tunnels of jinping II hydropower station ［J］. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering ， 2012 ， 4 （ 3 ）： 258 - 268 .

王志佳，揭基红，李胜民，等 . 独龙江隧道岩爆相似材料配比试验研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2020 ， 40 （ 2 ）： 279 - 285 .

Wang Z J ， Jie J H ， Li S M ， et al . Experimental study on the proportion of similar materials for rockburst in Dulongjiang tunnel ［J］. Chinese Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 279 - 285 . （in Chinese）

张恒源，范俊奇，郭佳奇，等 . 基于多参量判据的深地下工程岩爆倾向性研究［J］. 高压物理学报， 2022 ， 36 （ 2 ）： 176 - 189 .

Zhang H Y ， Fan J Q ， Guo J Q ， et al . Research on rockburst tendency of deep underground engineering based on multi-parameter criterion ［J］. Acta High-Pressure Physics ， 2022 ， 36 （ 2 ）： 176 - 189 . （in Chinese）

田朝阳，兰恒星，张宁，等 . 某交通线路色季拉山隧道高地应力岩爆风险定量预测研究［J］. 工程地质学报， 2022 ， 30 （ 3 ）： 621 - 634 .

Tian C Y ， Lan H X ， Zhang N ， et al . Quantitative prediction of rockburst risk in high ground stress of Sejila Mountain Tunnel in a traffic line ［J］. Journal of Engineering Geology ， 2022 ， 30 （ 3 ）： 621 - 634 . （in Chinese）

朱金养，郭浩森，罗文俊 . 深埋硬岩隧洞岩爆风险与结构面倾角关系探讨［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 60 - 69 .

Zhu J Y ， Guo H S ， Luo W J . Discussion on the relationship between rockburst risk and dip angle of structural plane in deep hard rock tunnel ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 60 - 69 . （in Chinese）

田四明，赵勇，石少帅，等 . 川藏铁路拉林段隧道典型岩爆灾害防控方法及应用［J］. 中国铁道科学， 2020 ， 41 （ 6 ）： 71 - 80 .

Tian S M ， Zhao Y ， Shi S S ， et al . The prevention and control method and application of typical rockburst disasters in the Lalin section of the Sichuan-Tibet Railway ［J］. China Railway Science ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 71 - 80 . （in Chinese）

陈贤丰，李德武，韩侃 . 巴玉特长隧道初始地应力场反演及岩爆预测［J］. 铁道建筑， 2022 ， 62 （ 1 ）： 101 - 106 .

Chen X F ， Li D W ， Han K . Inversion analysis of initial in situ stress field and rockburst prediction for bayu extra long tunnel ［J］. Railway Architecture ， 2022 ， 62 （ 1 ）： 101 - 106 . （in Chinese）

Lin H B . In situ stress measurement and surrounding rock stability analysis of the gaoligong mountain tunnel ［J］. Applied Mechanics and Materials ， 2014 ， 2974 ： 501 - 504 .

王庆武，巨能攀，杜玲丽，等 . 拉林铁路桑日至加查段三维地应力场反演分析［J］. 岩土力学， 2018 ， 39 （ 4 ）： 1450 - 1462 .

Wang Q W ， Ju N P ， Du L L ， et al . Inversion analysis of three-dimensional in situ stress field in the Sangri-Jiacha section of the Lalin Railway ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2018 ， 39 （ 4 ）： 1450 - 1462 . （in Chinese）

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 ， 43 （ 6 ）： 88 - 94， 100 .

Wang Q W ， Ju N P ， Du L L ， et al . Research on rockburst prediction and engineering prevention in deep and long tunnels ［J］. Hydrogeology and Engineering Geology ， 2016 ， 43 （ 6 ）： 88 - 94， 100 . （in Chinese）

张敏，黄健，巨能攀，等 . 川藏铁路长大深埋隧道地应力场反演分析［J］. 地下空间与工程学报， 2019 ， 15 （ 4 ）： 1232 - 1238， 1257 .

Zhang M ， Huang J ， Ju N P ， et al . Inversion analysis of in situ stress field in long and deep buried tunnels of Sichuan-Tibet Railway ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering ， 2019 ， 15 （ 4 ）： 1232 - 1238， 1257 . （in Chinese）

Hai Y Z ， Guang D W . Surrounding rock stability analysis and rockburst prediction of underground cavity in high in situ stress ［J］. Advanced Materials Research ， 2012 ， 2091 ： 594 - 597 .

苏永华，曹卫文，曾艳剑 . 喀喇昆仑公路深埋隧道岩爆特征及影响因素分析［J］. 安全与环境学报， 2021 ， 21 （ 6 ）： 2586 - 2594 .

Su Y H ， Cao W W ， Zeng Y J . Analysis of rockburst characteristics and influencing factors of deep buried tunnels on Karakoram Highway ［J］. Journal of Safety and Environment ， 2021 ， 21 （ 6 ）： 2586 - 2594 . （in Chinese）

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