岩土工程剪裂带对岩体内隧道的影响

岩土工程剪裂带对岩体内隧道的影响蔡佳昱邹韬江西省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质大队摘要：随着时代的进步，能源使用上日益地增加，然而仰赖的资源却有限，进而需要发展新的能源科技，目前最主要的来源为石化燃料，而核能却为其基载能源之一。从核能的发现到发展成民生的使用会伴随着放射性废弃物的产生，而这些放射性废弃物对人类的生活环境会有潜在而且长期性的威胁，所以为了让放射性废弃物完全阻隔于人类的生活圈，在国际上一致认为采用深层地质处置为解决高放射性废弃物最可行的方法。本研究针对高放射性废弃物深层地质处置概念进行三维有限差分法数值分析，针对具剪裂带的隧道开挖过程中的力学行为进行数值模拟分析。关键词：有限差分法FLAC3D；深地层处置；剪裂带；隧道开挖1引言高放射性废弃物具有相当高的放射性且释放大量衰变热，所含放射性核种半衰期长达数十万年甚至更久，且有辐射的危害。目前国际上高放射性废弃物最终处置有许多方法，而为了确保高放射性废弃物可以长期屏除于生物圈外，高放射性废弃物最终处置技术深层地质处置是最可行处置方式。所谓深地层处置方式是利用在深部岩层内采用多重障壁的概念将高放射性废弃物完全阻绝于生物圈之外。由于深层地质处置是目前国际核能先进国家认为最稳定及安全的处置方式，将高放射性废弃物埋在深约300m~1000m的地下岩层中成为天然障壁，而深层隧道之周围岩体，原本所处的力学行为为一稳定平衡状态，由于工程的进行与外来因素的影响进而改变其平衡状态与岩体性质，而引起一系列母岩的力学行为改变。本研究系以用过放射性废弃物深层处置为基本概念，由数值分析软体针对深层中处置隧道在掘进时，掘进到具有剪裂带的部分岩体进行力学行为影响性加以研究。分析中选取相同岩体条件RMR=30及侧向压力系数K=1情况下具剪裂带进行隧道开挖的影响性分析，针对处置场主隧道掘进、交叉段处置孔及剪裂带附近开挖过程所产生力学行为进行分析。r——为距孔洞中心的径向距离。利用上述公式可以计算隧道顶拱与侧壁周围的应力的分布情形。由图可知切线应力随着距孔洞中心的距离增加而递减，于横坐标（r/a）=3后就与初始应力值相接近。而且K值大小对顶拱及侧壁处的应力集中现象有显得的影响，K值越大或越小时，应力集中现象就愈明显，惟当K=1时，应力分布较为平均。当K＝0(单轴应力)时，顶拱与仰拱处的应力为y（张应力），侧壁处的应力为3y。当K值增加到大于1/3时，顶拱与仰拱才会开始受到压力的作用，但是当K=1时，顶拱与侧壁同样受到2y的压力作用。3FLAC3D模拟隧道交叉段开挖力学行为的影响2弹性理论中的隧道开挖应力分析自然岩盘构造是相当的复杂且多变的，因此要预测隧道开挖后的应力分布情形并不容易，因此通常需要做适度简化的假设，以建立其力学分析理论，得以了解因为隧道开挖而导致周围岩体应力的调整趋势。建立的这些理论将有助于了解隧道开挖后周围围岩体的应力变化情形。弹性力学理论是建立在一均质、等向且线弹性材料所制成的版之上，当该版中间开挖一个圆形孔洞再承受双轴压力时，其应力的分布是可以被求解的，正好可以应用到模拟在一个无限大的岩体中开挖一个圆形孔洞的情况，其应力公式如下：a23a44a211σr=(p1+p2)(1-2)+(p1-p2)(1+4-2)cos2θ

22rrr

24a3a11σθ=(p1+p2)(1+2)+(p1+p2)(1+4)cos2θ

rr22423a4a1τrθ=(p1+p2)(1-4+2)sin2θ

2rr

式中：σr——径向应力；σθ——切线应力；τrθ——剪应力；p1——水平初始应力；p2——垂直初始应力；a——为孔洞半径；我国目前对于高放射性废弃物的最终处置概念与国际上大都采用的深层地质处置的方式相同，未来处置场将设置于地下可能至少500m的深地层内，隧道的施工将从地表开始，沿路一直进行到处置场的主隧道、处置隧道与处置孔。但是，当进行到主隧道开挖完成之后，接着进行交叉隧道的开挖时，如联络道、处置孔等，会使得原本主隧道的平衡状态发生改变，其应力和变形将发生变化。而因为隧道进行的交叉段开挖的先后顺序，会产生不同应力集中的不稳定区域，这些不稳定的应力集中区域将是未来地下处置场施工上特别需要注意的地方。3.1隧道交叉45°对主隧道的变位影响（1）联络道开挖后，已开挖的主隧道顶拱、仰拱变位趋势相同，都向主隧道内部挤进，锐角侧变位大于钝角侧变位。当RMR愈大则变位百分比愈小，在RMR=30时锐角处变位增量为25%，在RMR=70时则为19%。（2）在主隧道上与联络道同侧的侧壁，钝角侧皆向主隧道内部挤进。锐角侧在RMR=30时向主隧道外侧变位，变位增加60%；在RMR=50时向主隧道内部变位，增加30%；在RMR=70时向主隧道外侧变形，锐角侧变位增加25%。3.2正交交叉段开挖对主隧道变位的影响（1）正交的顶拱、仰拱变形行为与斜交趋势相同，但是变位量较小。（2）在主隧道上与联络道同侧的侧壁，左侧与右侧变位相同。在RMR=30时皆向主隧道内侧变位，变位增加15%；在RMR=50时向主隧道内部变位，变位增加20%；在RMR=70时向主隧道外侧变形，变位增加5%。3.3隧道交叉45°对主隧道的应力影响（1）联络道开挖完后，在RMR=30时，顶拱会产生受压的现象，应力较联络道未开挖前的主隧道应力增加10%；但在RMR=50、70时，顶拱会产生解压的现象，随着地质情况改善，应力（下转第190页）

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项目管理与质量控制在前期风险因素分析基础上，做好风险筛选和类别确定，为后期相关风险防范工作奠定基础。而实际风险防范工作落实中，能够从建设风险因素核对清单、明确风险管理流程、合理选择风险综合防范法以及回避、减轻、转移和接受风险等方面落实，以此整体提升地铁土建项目风险管理水平。工程团队都会选择事故树分析法。这种方法的应用主要针对工程项目已经出现的风险而进行的。事故树分析法能够层次化、系统化、客观化针对已存在风险分析，明确导致风险出现的因素，提升风险管理措施的针对性。2.4回避、减轻、转移和接受风险共同落实地铁土建施工项目风险管理方法应用中，为了提升整体的风险管理水平，切实做到风险防范和挽救工作落实，需要从回避风险、减轻风险、转移风险和接受风险等方面落实。首先，回避风险应用。风险回避需要通过程序法和教育法落实，提升风险管理人员水平，按照风险管控程序落实，切实将风险管控落到实处。其次，减轻风险。这一方面需要通过分散风险和控制风险落实。然后，转移风险。转移风险主要为保险业务的使用，实现风险的有效转移。最后，接受风险。这一方面分为有准备的接受风险和无准备的接受风险两个方面。以上多种风险管控方法共同落实，对于提升风险管理水平起着非常重要的作用。3小结综上所述，地铁土建施工项目风险管理工作进行中，能够参考文献：[1]王志才.地铁施工项目风险管理探析[J].中外建筑,2015(4):125~126.[2]张家旺.分析地铁工程施工的风险管理[J].科学技术创新,2013(10):318.[4]夏红普.机电安装工程预结算管理存在的问题及对策[J].机电信息,2017(15):162~163.（上接第186页）

预结算管理在工程项目具有举足轻重的作用，确保了项目资金的安全性。在一套完善的预结算管理机制下，能够使每一分钱用到实处，避免浪费。在机电安装工程中更是如此，但在实际施工过程中，存在偷工减料、施工技术、设备没有与时俱进、虚报材料价格以次充好等问题。基于此，本文从以下几个方面入手，为提升预结算管理效率提供有效解决办法，首先工程量必须严格审核，其次要建立完善的内部管理制度、发现问题尽量处理、严格审核材料单价等，多种措施多管齐下下就可以保证预结算能够发挥出应有效果。参考文献：[1]李金达,贾晓东,邓倩玮.机电安装工程造价预结算内容及方法[J].建材与装饰,2019(20):184~185.[2]万碧辉.机电安装工程预结算管理存在的问题及对策[J].居舍,2019(16):24.[3]张颖.大型建设集团工程预结算管理问题研究[D].重庆交通大学,2017.（上接第187页）

减少量愈大；在RMR=50时应力减少10%、RMR=70时为应力减少20%。仰拱应力变化趋势与顶拱同，但是应力变化比顶拱大。（2）联络道开挖完后，侧壁应力变化大于顶拱、仰拱的应力变化，有很明显的应力集中现象。在RMR=30时，锐角侧与钝角侧的应力集中程度相近，应力增量为60%；RMR=50时，锐角侧应力集中为钝角侧值的2倍，锐角侧应力增量为75%；在RMR=70时，锐角侧应力集中为钝角侧值的5倍锐角侧应力增量为100%。稳定性分析中，岩石现地应力的影响因素将是考量的重点之一。隧道进行的交叉段开挖的先后顺序，会产生不同应力集中的不稳定区域，这些不稳定的应力集中区域将是未来地下处置场施工上特别需要注意的地方。3.4正交交叉段开挖对主隧道应力变化的影响（1）正交的顶拱、仰拱应力行为与斜交趋势相同，但应力变化较小。（2）在与联络道同侧的侧壁，左侧与右侧应力变化相近。4结论由于隧道的开挖会破坏地下岩体原本平衡的现地应力场，所以现地应力的大小是造成隧道开挖后岩体力学机制重新分配的重要影响因素。随着开挖过程，其K值不断变化直到开挖完成为止，所以最终的K值与初始的K值会不相同，此种变化过程也会影响到应力-应变间的互动，也进而影响到岩体开挖面与支撑之间的互制行为，未来对于地下处置场开挖的参考文献：[1]汪德志.复杂地质环境下隧道施工技术[D].西南交通大学,2011.[2]董家兴,徐光黎.高地应力条件下大型地下洞室群围岩失稳模式分类及调控对策[J].岩石力学与工程学报,2014.[3]申艳军,徐光黎.高地应力区水电工程围岩分类法系统研究[J].岩石力学与工程学报,2014.190

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