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岩爆作为高地应力条件下地下洞室开挖过程中常遇到的工程地质现象,对地下工程的正常施工造成了巨大的影响,并且严重威胁到施工作业人员的安全。目前,打设掌子面超前应力释放孔这种有效的主动防控措施已经广泛地应用到工程实践中,但从现有的应用情况来看,应力释放孔布孔设计具有一定的盲目性。因此,探讨洞室不同应力环境下掌子面超前应力释放孔的优化布设对工程实践具有较强的指导意义。不同水平向地应力与垂直向地应力比值(侧压力系数)下,地下洞室最可能发生岩爆的区域有所差别,本文采用有限元数值分析软件MIDAS GTS,通过选取合理的模型参数、边界条件,对不同侧压力系数下几种常用应力释放方法进行数值模拟。岩爆发生过程虽是一个动力现象,但其孕育过程是静力过程,本文分析洞室二次应力场的分布情况,基于岩爆的强度判据,判断洞室最可能发生岩爆的区域,统计和探讨岩爆最可能发生区域各应力释放孔的应力释放效果,对掌子面超前应力释放孔进行了优化布置,获得了一些定性和定量的结论,主要如下:(1)采用数值分析软件对侧压力系数为2、1.5、1、0.8、0.5时四种常用应力释放方法进行数值模拟,评价了各个工况下岩爆最可能发生区域各应力释放孔位对于岩爆的应力释放效果,得出直径为0.2m的应力释放孔对孔位周边区域的应力影响半径基本都小于0.5m,并且打孔后应力最高降幅位置多位于距孔周0.1m-0.25m处的结论。(2)通过对不同应力释放孔打设深度下孔位应力释放范围的对比分析,得出在满足应力释放孔打设深度要求的前提下,应力释放孔打设深度不同对掌子面前方围岩应力预释放范围影响不大的结论。同时,给出了不同侧压力系数下洞室最可能发生岩爆区域孔位沿孔深方向的应力降低范围和应力增降幅波动范围,并总结出其中的规律。最后综合不同侧压力系数下各常用方案中孔位对于岩爆的应力释放效果,得出四种常用应力释放方法的适用范围。(3)综合不同侧压力系数下在岩爆最可能发生区域各小区域打设应力释放孔的整体应力释放效果评价,得出掌子面超前应力释放孔优化布孔方案。(4)结合已有分析结论,提出了一些关于地下洞室超前应力释放技术的工程施工建议。