|
隨著國家公路網、鐵路網、城市軌道交通的密集化發展以及“一帶一路”政策的推進，在建及規劃的交通隧道越來越多，截至2017年底，我國大陸運營鐵路隧道14700座，總長15781km；在建鐵路隧道3825座，總長為8125km，規劃隧道5596座（13331km）；近兩年來，新增鐵路運營隧道1289座（2743km）；全國公路隧道共計16229座（15285km），兩年來增加2223座（2601km）；中國內地（不含港澳臺地區）共計34個城市165條線路投入運營，運營線路長度達到5033km，新增運營線路長度2099km；其中規劃興建的172項節水供水水利工程已有109項開工建設，其中在建的水工隧道投資規模超過8000億元。隨著這些基礎設施工程的大力建設，深部地下洞室開挖活動越來越普遍。
 
深部開挖因埋深大，深度巖體自重大，圍巖壓力較大，開挖過程中的圍巖穩定性評價是尤為重要的工作環節。在開挖過程中，圍巖應力變化急劇程度是影響開挖推進速度的重要因素。開挖圍巖的應力變化規律是需要巖石力學工作亟待解決的重要問題，也是巖石工程問題的難點，其對深部洞室開挖推進安全性監測評價具有重要意義。
 
深埋-長大隧道施工過程中遇到最多的巖土工程問題就是巖爆和突涌水問題。眾所周知，巖爆和突水事故的發生是一個動態發育過程，是應力集中—裂隙發育—裂隙擴展—通道貫通—巖體失穩的一個實時變化的過程。微地震技術利用高精度數據采集儀和高靈敏度檢波器，實時、動態記錄巖土體應力應變發展，描述巖爆或導水通道的時-空變化特征，利用事故發生的前兆信息，研究隧道開挖擾動引起的巖土工程災害致災機理，實現事故的提前預警，指導現場安全生產。除了監測圍巖體應力變化規律，微地震監測還可以用來計算鉆爆法施工隧道的爆破震動影響評價、掌子面前方隱伏構造、以及根據流體賦存區域的振動特征初步判斷圍巖體所處的滲流場特征等。
通過微地震系統布置、微地震信號實時采集、信號精確拾取以及微地震事件定位、震源機制分析、波速場成像等，獲取巖體裂隙、巖石速度場演化時空分布，從而優化施工工藝，降低施工風險。微地震監測與成像可實現隧道內大范圍三維整體監測，傳感器可在隧道內外安裝，布置靈活，方便實現隧道巖爆等動力災害的監測預警。下圖為隧道微震監測系統組成示意圖以及現場檢波器安裝示意圖。  
林芝地區某隧道在施工過程中微震監測記錄的典型信號波形，施工過程中發生掌子面塌方卡機及巖爆導致停工事件。
2017年4月3日凌晨0:37分，樁號K11+ 221.49—K11+226.89處發生巖爆，能量較大，伴隨巨響，引起1336-1339環管片多處開裂。該段巖性為混合片麻巖，巖體次塊狀～整體狀結構為主，局部鑲嵌碎裂結構。本次巖爆能量較大，應力持續釋放時間較長（分三次應力釋放）并伴隨圍巖破裂；主頻高，約120hz，巖石硬度高，完整性好。 
新京張鐵路某隧道其中一段，地理上位于北京某一重要景區內，隧道埋深約80m左右。監測區域巖體結構穩定性較差，巖體較破碎，呈碎塊狀，且含有多處不良地質帶，受區域斷層影響較大；同時隧道斷面有大跨度、三聯拱、小凈距等多種類型。隧道開挖對圍巖穩定的影響比較突出。本次采用地表與導洞內結合的微震監測方案對該隧道施工安全進行監測。
|
