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摘要：在使用双护盾TBM进行的隧洞施工中，微震事件与掌子面位置、岩体完整性以及隧洞埋深等之间关系的研究是十分重要的，不仅能使工作人员确定岩爆事件发生的特点以及规律，还能在此基础上进行有效的规避。本文将着重分析双护盾TBM施工隧洞岩爆特征以及微震的特点，总结规律，为相关工作人员提供参考。
关键词：双护盾TBM；隧洞；岩爆特征；微震监测
引言：
在打通隧洞的作业中，经常出现岩爆事件。岩爆的发生是由于在施工过程中造成卸荷所引起的岩石弹性释放，产生爆裂、弹射等一系列类似于岩石爆炸的现象。为了避免这一现象的发生，通常使用隧道掘进机进行挖掘，隧道掘进机以其速度快、效率高、智能化等优势，在近几年的隧洞开发中越加受到重视，并在各种工程企业中得到运用。
一、微震监测方案
（一）监测设备
微震监测系统主要包括传感器、数据采集仪器。传感器的主要作用是记录高质量的波形信号，再通过采集仪将波形信号通过A/D转化为数据信号。传感器是目前整个系统的基础，起着举足轻重的作用[1]。微震信号的震级小，但信号频率范围较大，因此，对采集信号的传感器是一项十分严峻的考验。另一方面，微震数据采集仪器也是十分重要的设备之一，其分析处理能力直接决定着整个工程的质量。因此，微震数据采集仪器需要高分辨率、高采样率以及高精度才能准确完成波形信号的转化，使工程的质量得到保证。
（二）监测方案
通常来说，传感器采用空间立体式的安装方式，将其安装在掌子面最近的区域之内，并且按照一定的距离，如10米、30米、50米等，保证检测和收集扇形断面的波形信号[2]。在安装传感器时，在断面中需要布置3个1米深度的钻孔，将2个三轴传感器和1个单轴传感器放入钻孔内。随着隧洞工程不断前进，需要将后方已经完成断面中的传感器拿出，再放入最前方的断面中，保证成本减少以及工程质量。
（三）监测结果
在不同长度的隧洞中，监测的时间长度也需要有所增减。例如，在以长度为1800米的隧道中进行为期7个月的数据监测。在监测的过程中，一共监测到1091次微震事件，为之后的隧道工程带来了相应的参考。因此，面对不同的工程需要进行时间长度合理的监测，才能体现出完善的监测结果，保证其准确。
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二、监测结果分析
以上述1800米隧道中监测到的1091次微震事件为例，随着隧道作业的不断深入，需要将应力调整区置于掌子面规定的范围之内，并且需要不断进行监测和改进。微震事件的空间特性以及不断的微震事件都和掌子面位置的变化有着不可分割的联系[3]。此外，正常作业和未正常作业的工程段中，微震发生的频率以及特点也有所不同。其中，在正常作业的地段中，掌子面前后范围内均监测到超前和滞后微震事件的发生。而在非正常作业的工程段中，微震事件主要分布于掌子面的前部。超前或者滞后的微震事件的监测对施工有着重要的意义，不仅能保证施工的质量，更重要的是能保证工作人员的人身安全。一旦监测不到位，就会造成难以预计的后果。
岩爆事件是由于岩石中的弹性突然释放所造成的能量爆发，因此，岩体是否完整决定着岩爆事件发生的概率，同时，岩体的完整程度和微震事件的发生也有着密不可分的联系。以上述1800米隧道中监测到的1091次微震事件为例分析数据，得知在岩体较为完整的区域发生的微震次数最少0.61次，最多1.35次；而在岩体完成性相对较差的区域中，微震发生的次数最少和最多分别为0.36和0.52。因此，在岩体较为完整的区域中发生微震事件的概率远远大于岩体完整性较差的区域。
另一方面，微震事件往往与高地应力也有着紧密联系，通常来说，高地应力在高埋深的环境中相对较大，因此，微震事件实际上与埋深也具有相关性。以上述1800米隧道中监测到的1091次微震事件为例，监测数据的埋深为660米至820米之间，在这之间，选取了各种情况类似的区域进行不同埋深下的数据监测。通过数据分析能够明显得出，随着埋深的长度增加，微震事件出现的频率以及所释放出能量的大小都成正比增加。此外，出现较大震幅微震事件的数量也在不断增加。
通过对数据的不断完善和分析可以得出，使用TBM挖掘过程中的岩爆区域往往会发生多次轻微岩爆，在高级岩爆中往往伴随着低等级的岩爆。其次，在所有等级的岩爆中，如高级或中级岩爆后，由于能力释放的不完全，通常还会出现轻微的岩爆[4]。因此，在TBM施工的过程中，岩爆事件的能量是逐层释放的，越是完整的岩层越容易发生岩爆事件，所造成的余波也就越大。另一方面，由于使用TBM进行隧道挖掘工作，在其优势下使最大切向应力作用于岩石壁侧，致使周围岩体在应力梯度的作用下产生裂缝。如果作用力较大，则会产生等级较大的岩爆事件。
三、结束语
以1800米隧道中监测到的1091次微震事件为例，基于大量的微震监测设备以及长时间的监测，在TBM作业中的微震以及岩爆事件的结合总结出的规律可知，微震和岩爆的高发期主要分布在TBM作业时以及停止工作后的一段时间内。并且随着埋深的正常，微震事件发生的频率以及释放的能量也在不断增强。同时，在相对完整的岩层中，发生微震事件以及岩爆事件的概率远远高于结构不完整的岩层中。因此，在隧道挖掘的过程中，工作人员需要着重注意微震以及岩爆事件发生的规律，一旦出现异常及时启动应急预案。同时，在岩层较为完整或埋深长度较大的区域中作业时，需要额外注意微震以及岩爆事件，并在此区域实施相应的安全措施。
参考文献
[1]姚林林，赵明，钟果.双护盾TBM施工隧洞岩爆特征微震监测研究[J].地下空间与工程学报，2018，14（05）：211-217.
[2]丰光亮，冯夏庭，陈炳瑞，et al.基于微震监测的深埋隧洞TBM掘进岩爆风险分析与预测[C]//全国岩石力学与工程学术大会会议.2012.
[3]张文东1马天辉1唐春安1唐烈先2.锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33（2）：339-348.
[4]张照太，陈竹，陈炳瑞，et al.大直径TBM通过深埋强岩爆洞段的岩爆防治方法[J].煤炭学报，2011（S2）：431-435.
论文作者:殷士伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/8
标签：事件论文; 隧洞论文; 作业论文; 发生论文; 隧道论文; 传感器论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;