锦屏二级水电站引水隧道TBM（隧道掘进机）施工岩爆综合预测研究

【摘要】：上世纪七、八十年代以来，TBM掘进机(tunnel boring machine)和掘进技术得到空前发展，其开挖速度快、工作环境友好的特点被越来越广泛的认可。随着隧道工程的发展与进步, TBM掘进技术已相当成熟，被广泛应用于世界各国能源、交通、水利、国防等部门的地下工程建设。一般情况下，当隧洞长度6km或长径比600时，宜优先采用TBM进行开挖。随着隧洞工程的不断扩大和发展,地下洞室“长、大、深、群”的特点愈加明显,因而岩爆问题日益突出。锦屏二级水电站引水隧洞工程埋深大，地应力高，在采用TBM法施工中碰到了高地应力导致的岩爆问题，对施工进度、设备和人员安全影响较大。因此，为了克服TBM在强烈岩爆下出现严重事故，针对TBM施工岩爆预测，同时为TBM施工及时提供反馈信息和为岩爆洞段TBM施工预防重大事故的发生提供指导就显得尤为重要。 本文首先对锦屏二级水电引水隧洞区域进行地应力场反演回归分析，得出引水隧洞各点的地应力值，发现工程区应力场基本以重力场为主。 本文通过现场调研的方式采集、分析了实际工程TBM施工岩爆现象，归纳锦屏二级水电站引水隧洞TBM施工掌子面岩爆坑破裂面上经常会有明显的板裂化现象，且强烈岩爆和极强岩爆的破坏方式以穹状爆裂为主。TBM施工在洞壁遇到岩爆的破坏位置一般在洞壁的右肩和左拱脚处，岩爆类型多以零星岩爆为主，也发生过连续型岩爆。 对于岩爆预测本文采用支持向量机作为岩爆预测的工具，这是由于支持向量机通过较少的学习样本，且具有良好的学习性能及推广能力，并具有极强的非线性系统建模能力。对TBM实际施工岩爆影响因素分析，采用最大主应力1、岩石的弹性模量、岩石单轴抗压强度、岩石的脆性指数、节理体积数、节理与洞轴线夹角和掘进速度7个指标作为岩爆的影响因素和岩爆预测的评价指标。对锦屏二级水电站TBM施工岩爆样本进行学习建立了岩爆预测模型，且对预测样本也有较好的准确率，证明本文所建立基于支持向量机的岩爆预测模型精度很高，可以用于岩爆烈度预测。