随着我国铁路向西部延伸,遇到的高埋深、高地应力隧道越来越多,伴随着岩爆的问题也越来越突出。为保证岩爆隧道安全快速施工,岩爆准确的预测和有效的防治尤为重要,而其前提是正确地辨识岩爆影响因素[1]。岩爆影响因素极为复杂[2],现阶段普遍认为岩爆发生主要与地应力和岩石强度有关[3],岩爆预测大多采用这两个因素,但实际上岩爆的发生是多种因素共同作用的结果[4],不仅有自然因素,还有人为因素,仅对影响岩爆发生的部分因素进行分析,具有片面性和局限性,岩爆预测和防治就存在盲目性。隧道施工中能否确定岩爆影响因素及这些因素对岩爆的作用程度,对岩爆预测和防治具有重要意义。
拉林铁路岗木拉山隧道位于西藏自治区米林县境内,隧道起讫里程DK346+340~DK358+000,全长11 660 m,隧道最大埋深1 800 m。隧道地处雅鲁藏布江桑加峡谷地貌,两岸均为极高山,地形起伏较大。隧道围岩主要为早白垩系英云闪长岩及闪长岩、新远古-中元古界念青唐古拉岩群八拉岩组片麻岩。含水层以第四系孔隙水及基岩裂隙水为主,含水层富水性强,地下水涌水集中在隧道进口受断层影响段落,水文地质条件简单。
口服,每日2次,摇匀服用。1岁以下每次5毫升,1~3岁每次5~10毫升,4~7岁每次10~15毫升,8~12岁每次20毫升。
国内外隧洞岩爆多发生在埋深较大的区域[5],普遍认为埋深大的段落岩体自重应力较大,所以容易产生岩爆。然而很多岩爆工程案例中,即使构造应力很大,岩爆发生的原始动力已经不依赖自重应力提供,这种状态下隧道依旧很少在埋深浅的段落发生,也就是无论是否存在构造应力,岩爆都与埋深有关系,岗木拉山隧道也验证了这一点。岗木拉山隧道两端埋深较浅,向中间方向埋深逐渐增大,最大埋深1 800 m。由于青藏高原由亚欧板块与印度洋板块碰撞挤压形成,存在很大的构造应力,很多专家认为开挖之初在两端埋深较浅的地段就可能会产生岩爆。然而实际是随着隧道的掘进,进口在埋深300 m左右、出口在埋深500 m左右时才发生岩爆,而且随着埋深的增加,岩爆有增大的趋势,分析其原因是埋深如果不够大,构造应力无法储存,容易消散。
陕西省已建成的山洪灾害防治非工程措施项目,在今年汛期向中央上报实时雨水情信息82.86万条,约占全国上报信息1/10。在主汛期先后发生的13次强降水过程中,已建成的县级山洪灾害监测预警平台共收到雨水情信息18.6万条次,发布预警短信13.6万条,启动乡镇、村组预警广播3486次,提前向暴雨洪水影响区的184个乡镇、856个村组发出预警信息,紧急撤离转移人员9.3万人,减免了人员伤亡,极大地减轻了群众财产损失。
岩体包括两部分,岩块及岩块之间的结构面。
3.2.1 岩块与岩爆相关性
岩爆多发生在强度大、硬脆、完整性较好的围岩中[6],因为这类围岩在高地应力作用下能储存较大的应变能。开挖卸荷之后,在集中应力作用下,岩块受到的压力越来越大,向临空面的变形越来越多,岩块所储存的应变能越来越大,最后达到极限平衡状态,而突然破坏向临空面弹射[7],这是最传统的对岩爆的认识。岩爆的表现形式是多样的,不仅仅有块体弹射,还有片状剥落、块状松脱等。岗木拉山隧道多表现为块状松脱,在围岩壁上形成楔形或者梯形的爆坑,而松脱的块体底面往往有原生的结构面,有的甚至在侧面也存在结构面,说明此隧道岩爆的发生并不是地应力压坏了完整的岩块,而是先破坏了结构面,结构面强度较岩块本身强度减小很多,导致围岩的破坏强度降低了很多。传统的以地应力和岩块抗压强度来预判岩爆的方法不再适用,岩块本身强度对岩爆的影响已经不大了。
3.2.2 结构面与岩爆相关性
肛裂在肛肠科属于一种较为常见的肛管疾病,也是患者肛管产生剧痛的主要原因,发病部位在患者的肛门前后正中,多数患者都是年轻女性。肛裂的临床表现症状有剧痛、大便出血以及便秘,随着肛裂患者的病情进展,疼痛的程度会逐渐加重,便秘不仅是肛裂的临床表现症状还是肛裂发生的原因[10],也是肛裂患者术后常见的并发症,粪便会刺激患者肛裂处组织表面,让肛裂处出现烧灼样疼痛感,肛裂患者在时候术后因为切口有明显疼痛感、饮食不合理、内心恐惧以及活动量较少都会引起便秘。便秘会给肛裂患者带来心理和身体的痛苦,还会延长患者的住院时长,需要及时对肛裂手术患者采取有效的护理措施预防便秘出现。
岩体中如果存在很多结构面,则地应力尤其构造应力会减小,因为裂隙为地应力提供了释放的空间,也可以认为有裂隙说明地应力已经释放过了。由于结构面的影响,岗木拉山隧道岩爆如果采用传统的强度应力比的方法进行判别,则大多为无岩爆或者轻微岩爆,支护设计往往是和岩爆等级对应的,无岩爆或者轻微岩爆往往采用素喷或者锚喷支护。但在施工过程中经常有大的块体从拱部或者边墙沿着结构面塌落,这也是现场岩爆主要表现形式。当有较大的块体在自重应力和地应力共同作用下松脱时,素喷或者锚喷不足以支撑,给隧道安全施工带来威胁,隧道内很多判定为无岩爆或者轻微岩爆的地段甚至有钢拱架被压弯。不设置钢拱架工人无法进场施工,安全无法得到保证,所以岩爆预测和防治必须要考虑结构面的影响。
计算结果如图4所示。隧道上部开挖之后,在拱脚处出现较大的应力集中,达到52.6 MPa;隧道下部开挖后,整个轮廓围岩应力和全断面开挖情况下基本一致,说明分部开挖并不能减少周围围岩应力,虽然分部开挖每一部都能减少地层总的应力释放量,但是由于每一部的裸露面都较小,按面积分配下来围岩应力并不会减小。拱脚处角度一般比墙角处小,就导致上台阶开挖后在拱脚处产生较大的应力集中,所以岩爆如果主要表现为弹射,则全断面开挖法比分部开挖法有优势;如果岩爆主要表现为松脱和剥落,则全断面开挖和分部开挖没什么区别,但是如果松脱和剥落位置在边墙,且面积很大跨越上台阶和下台阶,则先开挖上台阶能优先固定住不稳定块体,这种情况下分台阶开挖比全断面开挖更有优势。
图1 洞体与结构面关系示意
岗木拉山隧道正洞左侧30 m设置了一个宽度为6.5 m的平导。隧道开挖初期,很多人认为由于平导先行,平导的开挖能释放正洞周边的应力,使正洞岩爆减弱。为了判断平导对正洞岩爆的影响程度,建立了数值模型,通过不开挖平导和开挖平导两种工况进行对比分析。
本次数值模拟选取DK348+700~DK348+720段落进行分析,此段落埋深在760 m左右,模型埋深设置为60 m,其余700 m通过等效荷载模拟。为减少边界效应,设置两侧岩土体宽度为4倍洞径[8],见图2。此段落地层主要以闪长岩为主,结合勘察资料及现场试验数据,得到围岩的物理力学参数如表1所示。
表1 围岩物理力学参数
弹性模量/GPa泊松比 比重/(kN·m-3)内聚力/MPa内摩擦角/(°)52.8 0.22 28.9 0.45 55
图2 数值计算模型
图3 隧道周边主应力云图
计算结果见图3。在不开挖平导的工况下,正洞周边主应力分别为左拱腰33.3MPa、左拱脚32.5MPa、左边墙45.8 MPa、右拱腰33.5 MPa、右拱脚 32.6 MPa、右边墙45.9 MPa。在开挖平导的工况下,正洞周边主应力分别为左拱腰33.6 MPa、左拱脚32.7 MPa、左边墙46.5 MPa、右拱腰 33.9 MPa、右拱脚 32.8 MPa、右边墙46.1 MPa。由此可见,开挖平导和不开挖平导两种工况下正洞周边围岩应力相差很小,基本可归为计算误差,平导对正洞周边围岩压力无明显影响,平导释放的围岩应力主要在其周边塑性圈范围内,在塑性区外影响很小,所以平导对正洞岩爆基本无影响。
岩爆发生有明显的时间效应,在开挖后4 h内是岩爆发生较频繁的时段,这一段时间内围岩噼啪声、撕裂声明显,主要发生在掌子面及与掌子面距离一倍洞径内,其范围之外逐渐减小,在开挖后尚未进行初期支护裸露的围岩发生最为频繁。4~8 h时间段内岩爆发生频率减缓,但发生的强度并未减小,也经常会有较大的块体松脱和掉落。已经进行了初期支护的段落,随着时间的推移,仍有可能发生二次岩爆破坏初支,现场很多段落在初支完成几天甚至十几天后发生了岩爆。所以从时间上来说没有完全不发生岩爆的时间节点,只能加强支护防止二次岩爆破坏隧道初支,从而避免对人员机械造成伤害。
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现阶段隧道开挖方式对岩爆影响认识尚存在分歧[9-10],有人认为岩爆隧道应分台阶开挖,因为分台阶开挖围岩一次应力释放不至于太多,能减少岩爆发生;有人认为岩爆隧道应全断面开挖,断面一次成型,以减少围岩的二次扰动,从而减少岩爆发生。为了验证不同开挖方式对岩爆的影响,分别采用全断面开挖和分台阶开挖两种工况进行数值模拟,参数同表1。
从岩爆相关性分析中可知岩爆和结构面关系很密切,这和传统岩爆的认识不一样,支护措施也应该进行相应地改进。岩爆段落的支护不能按照岩爆级别对应关系形成惯性思维,应根据现场具体情况进行调整。隧道很多段落虽然判别为轻微岩爆,但是由于拱顶和拱腰发育有结构面,这些结构面在地应力作用下很容易发展贯通形成不稳定块体,在自重应力和地应力作用下发生塌落,从而对施工安全造成威胁。所以在结构面不利有可能产生大块落石的高地应力地段,不管判别为什么级别的岩爆,都必须设置钢拱架,以确保块体不会掉落伤人。施工中要根据结构面状态提前判别大掉块位置,同时还要设置临时保护措施,以防在支护过程中产生块体塌落。由于岩爆发生主要为块体沿着结构面塌落,所以传统的岩壁洒水、高压注水等措施不再适用,这些措施会软化结构面,从而加剧岩爆的发生,这和传统岩爆防治措施不一样。
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图4 隧道分部开挖周边主应力云图
通过对已发生岩爆段落观测,岗木拉山隧道岩爆很少有弹射,主要表现为沿着结构面松脱、剥落。隧洞开挖后,洞壁围岩产生应力集中,由于在拱腰部位发育倾斜的结构面,在集中压力作用下,不稳定块体首先沿着结构面张裂,同时向临空方向变形[11],周边应力进一步集中,并且状态发生变化,裂隙开始沿着一定角度向临空面延伸,结构面的张裂转变为岩石的剪切,随后不稳定块体与母岩的连接越来越少,应力越来越集中[12],最后达到极限平衡状态而破坏。所以岗木拉山隧道岩爆的发生主要经过了结构面张裂、岩块剪切、失稳破坏三个阶段。
结构面与岩爆发生位置也有关系,在顶部或者拱腰存在结构面时(见图1),开挖后不稳定块体形成临空面,在自重应力和地应力作用下很容易松脱掉落。岗木拉山隧道岩爆多发生在右上角,并且是沿着结构面松脱也证实了这一点。
(1)岗木拉山隧道岩爆特征和传统岩爆不一样,受结构面影响显著,发生概率和发生位置都受结构面影响,而受岩石强度的影响相对较小。岩爆的发生主要经过了结构面张裂、岩块剪切、失稳破坏三个阶段。
(2)存在构造应力场时岩爆和埋深仍有关系;平导没有改变正洞周边的围岩应力,所以对正洞岩爆基本无影响;全断面开挖和台阶法开挖哪个更有优势取决于岩爆表现形式,岩爆如果主要表现为弹射,则全断面开挖法有优势,如果主要表现为松脱和剥落,且不稳定块体很大,则分台阶开挖更有优势。
(3)岩爆的防治措施不应该仅仅与岩爆级别对应,而应该根据现场具体情况有针对性实施。由于岩爆发生主要为块体沿着结构面松脱,当判定有大体积块体塌落时,为确保施工绝对安全,应首选钢拱架支护,而传统的岩壁洒水、高压注水等软化结构面的措施不再适用。
由实验结果可以看出,二语学习者与母语者在判断句子是否合乎语法方面没有显著差异,二语水平没有影响到学习者对句子的判断。所以推论出:中国英语学习者没有受到母语影响,他们对非限定动词的特征有清晰认识,了解其语法规则,拥有显性知识。这种显性知识也体现了学习者的元语言能力。
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