深埋隧道岩爆段地应力反演与围岩破坏特征

摘要

针对高地应力条件下深埋TBM隧道施工中岩爆与应力型塌方频发的问题，围绕围岩破坏特征识别、初始地应力场反演及岩爆分级防控开展研究。基于对139个现场工程概况与高应力破坏案例的调研，研究表明：爆坑/塌腔的形成是高地应力、岩体结构面及围岩性质共同作用的结果，其具体轮廓形态则主要受控于结构面的数量、尺度及空间组合关系。进一步构建考虑地表地形与断层-地层结构的三维地质模型，以水压致裂法获得的8个测点地应力为约束，设置自重、水平挤压与剪切等5类边界工况，并采用多元线性回归实现区域三维初始地应力场反演，反演结果与实测值复相关系数R为0.91,吻合度较高。沿隧道轴线提取应力分布规律，识别断层邻近应力突增区并完成施工区间风险分级；以最大埋深约1 687 m典型断面为例，提取TBM护盾内掌子面前后不同位置的应力响应，表明掌子面附近应力集中显著，开挖后围岩应力释放并随时间发生重分布，围岩出护盾后及时支护可有效抑制应力释放与岩爆风险。最后提出“超前预报-分级防控-动态监测-安全防护”的施工原则，并给出轻微-中等-强烈岩爆的分级治理与支护组合措施。研究成果可为深部复合地层TBM隧道岩爆风险评估与支护设计提供参考。

关键词

深埋隧道 / 岩爆 / 地应力反演 / 多元线性回归分析方法 / 分级支护