爆破作用下隧道圍巖損傷紅外熱像分析

鄒寶平, 羅戰(zhàn)友, 王建秀, 王國(guó)濤, 胡力繩

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083；2.浙江科技學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院， 杭州 310023；3.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系， 上海 200092；4.中鐵二局集團(tuán)有限公司, 成都 610031)

?

爆破作用下隧道圍巖損傷紅外熱像分析

鄒寶平1,2,3, 羅戰(zhàn)友2, 王建秀3, 王國(guó)濤3, 胡力繩4

(1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083；2.浙江科技學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院， 杭州 310023；3.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系， 上海 200092；4.中鐵二局集團(tuán)有限公司, 成都 610031)

隧道在爆破荷載作用下的溫度變化會(huì)使圍巖遭受溫度應(yīng)力集中效應(yīng)，造成圍巖結(jié)構(gòu)損傷，使隧道光爆成型質(zhì)量差，如何避免圍巖缺陷對(duì)隧道光爆成型質(zhì)量的影響亟待研究與解決。以成渝高鐵某隧道工程為背景，基于紅外熱像原理，對(duì)隧道掌子面光爆紅外熱像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從不同部位的節(jié)理裂隙巖體的紅外溫度異常區(qū)域的溫度分布、溫度變化范圍等方面對(duì)圍巖缺陷進(jìn)行判斷，分析其分布規(guī)律。研究結(jié)果表明：掌子面巖石具有明顯的高溫條帶與低溫區(qū)域相間的輻射溫度場(chǎng)，節(jié)理裂隙處紅外溫度較低，巖石突變處紅外溫度較高；掌子面巖石破裂過(guò)程中紅外溫度異常，主要表現(xiàn)為階梯狀交替升降溫，并明顯出現(xiàn)高溫區(qū)和低溫區(qū)。研究結(jié)果可為隧道光爆炮孔布置、裝藥參數(shù)設(shè)計(jì)、圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

隧道； 光面爆破； 紅外熱像； 圍巖損傷； 節(jié)理裂隙

1　引言

隧道在爆破荷載作用下圍巖的斷裂擴(kuò)展過(guò)程非常復(fù)雜，當(dāng)炸藥爆炸后，爆炸沖擊波或應(yīng)力波迅速向外傳播，炮孔周?chē)膸r石因受到強(qiáng)烈的壓縮而破碎，雖然獲得了需要的隧道線型，但是卻對(duì)隧道圍巖造成擾動(dòng)。由于炸藥在極短的時(shí)間內(nèi)爆炸，溫度達(dá)2 000 ～5 000 ℃，當(dāng)巖石破碎后又迅速降低，這種溫度變化使圍巖遭受爆破溫度應(yīng)力集中效應(yīng)，從而造成圍巖結(jié)構(gòu)損傷，完整巖體損傷深度一般為0.5 m，軟巖或節(jié)理裂隙發(fā)育的脆性巖體，損傷深度更大；加之巖體自身的非均勻性，當(dāng)受到來(lái)自炸藥爆炸的作用時(shí)，致使原有的裂隙張開(kāi)、擴(kuò)展，導(dǎo)致爆源附近的巖體結(jié)構(gòu)及其物理性能劣化〔1〕。因此，隧道光爆時(shí)達(dá)不到理想的爆破效果，產(chǎn)生大量的超挖或欠挖，嚴(yán)重影響隧道光爆成型的質(zhì)量。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者基于紅外熱像，利用單向加載、循環(huán)加載等方式對(duì)干燥和潮濕砂巖〔2〕、含圓孔巖石〔3〕、預(yù)制的單裂紋缺陷花崗巖〔4〕、不同滲水程度的巖石〔5〕、鉆掘過(guò)程中的巖石〔6〕、花崗閃長(zhǎng)巖和大理巖〔7〕等各種環(huán)境下的巖石進(jìn)行了大量研究，同時(shí)對(duì)沖擊傾向性煤體〔8〕、巖石摩擦與撞擊〔9〕、拐折非連通斷層〔10〕、巖爆誘發(fā)的深埋隧道圍巖變形〔11〕、軟巖巷道變形破壞〔12-15〕、含節(jié)理裂隙隧道開(kāi)挖面〔16〕、礦石檢測(cè)與評(píng)定〔17〕等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，取得了大量的研究成果。但目前，基于紅外熱像對(duì)大斷面隧道光爆造成的圍巖結(jié)構(gòu)損傷研究較少，且沒(méi)有針對(duì)隧道掌子面圍巖結(jié)構(gòu)損傷程度對(duì)隧道光爆設(shè)計(jì)的參考，也沒(méi)有對(duì)隧道光爆質(zhì)量與圍巖結(jié)構(gòu)損傷程度的關(guān)系進(jìn)行研究。

因此，本文以成渝高鐵某隧道工程為背景，基于紅外熱像原理，分析隧道掌子面、節(jié)理裂隙等不同部位的紅外溫度異常區(qū)域的溫度分布、溫度變化范圍，進(jìn)而對(duì)圍巖缺陷進(jìn)行判斷，分析其分布規(guī)律。

2　紅外熱像熱傳導(dǎo)理論

紅外熱像原理基于被測(cè)目標(biāo)表面溫度的分布圖像，利用熱傳導(dǎo)在隧道圍巖內(nèi)部的差異，判斷隧道圍巖內(nèi)部是否存在差異，進(jìn)而判斷隧道圍巖的級(jí)別，分析隧道圍巖內(nèi)部差異程度與光爆質(zhì)量的關(guān)系〔18〕。紅外熱像熱傳導(dǎo)理論主要包括溫度場(chǎng)和溫度場(chǎng)梯度、傅里葉定律、熱傳導(dǎo)微分方程。

穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱主要指導(dǎo)熱的過(guò)程是在穩(wěn)定的溫度場(chǎng)中發(fā)生，反之，就是指瞬態(tài)導(dǎo)熱，瞬態(tài)導(dǎo)熱表達(dá)式為：

T=f(τ,x,y,z)

(1)

式中：τ為時(shí)間；x,y,z為坐標(biāo)的位置。

溫度梯度主要指溫度增量和法向距離兩者的比值，為向量，其解析式為：

(2)

式中：i，j，k為x，y，z坐標(biāo)軸上的單位矢量。

導(dǎo)熱情況下，熱流密度和溫度梯度的關(guān)系是正比關(guān)系， 用x、y、z表示的投影表達(dá)式為：

(3)

式中：mx，my，mz為x、y、z上的熱流投影。

溫度在物理的內(nèi)部會(huì)存在差異，故熱量的流動(dòng)方向是由高溫向低溫部位流動(dòng)，表達(dá)式為：

Q=ΔE+H

(4)

式中：Q為導(dǎo)入物體的熱量；ΔE為物體內(nèi)能的增加；H為物體對(duì)外做的功。

由能量守恒定律和傅里葉定律可知：

(5)

(6)

導(dǎo)熱微分方程表達(dá)式為：

(7)

3　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1工程背景

實(shí)驗(yàn)選取成(都)渝(重慶)高鐵某隧道工程，該工程測(cè)區(qū)屬丘陵地貌，丘槽相間，地形波狀起伏，地面高程304 ～424 m，相對(duì)高差20 ～120 m。該隧道位于華金山斷裂以東的褶皺束，由一系列北東-北北東向近于平行的高背斜山脈組成。隧道平常期涌水量Q平=1.01×104m3/d，雨洪期最大涌水量Qmax=1.52×105m3/d。實(shí)驗(yàn)段里程為DK247+010 ～DK247+063，隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面高11.08m，寬14.90m， 面積139.42m2(不考慮隧底影響)，周邊孔、輔助孔、掏槽孔設(shè)計(jì)深度分別為4.0，4.5，5.0m，隧道洞身主要穿越<27-5>泥質(zhì)砂巖(J2s)，其巖石物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1，掌子面上部為紅褐、黑褐色砂巖，局部存在灰白色砂巖條帶；下部為磚紅色泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，局部夾灰綠色粉砂質(zhì)泥巖條帶；局部標(biāo)段掌子面底部出現(xiàn)青黑色中粗砂巖。上部砂巖與下部泥質(zhì)粉砂巖之間存在明顯灰綠色接觸帶，接觸帶中部存在明顯褶曲現(xiàn)象，平均產(chǎn)狀N25°E/SE∠11°，多有泉水出露。

表1　巖石力學(xué)參數(shù)

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)主要是利用FlukeTiR110型紅外熱像儀采集實(shí)驗(yàn)段隧道圍巖的紅外熱像信息。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案為：

(1)準(zhǔn)備工作。針對(duì)隧道爆破施工作業(yè)粉塵多、光線昏暗、爆破動(dòng)荷載擾動(dòng)、潮濕等特點(diǎn)，同時(shí)為保證采集到準(zhǔn)確的紅外熱像數(shù)據(jù)，首先利用1m×20cm保鮮膜(密封膜)將紅外儀密封，密封部位主要包括紅外相機(jī)鏡頭、LCD顯示屏，避免隧道爆破灰塵影響量測(cè)精度，然后校核紅外儀，調(diào)整因保鮮膜密封而引起的紅外儀量測(cè)參數(shù)變化，包括輻射系數(shù)調(diào)整、透光率/透光度調(diào)整、現(xiàn)場(chǎng)溫度校核。經(jīng)過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，密封膜透光率為89%，因隧道環(huán)境下受粉塵、爆破擾動(dòng)，具體值以隧道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)值為準(zhǔn)。

(2)以溫度計(jì)為主(量程-30° ～+50°，濕度0 ～100%)，紅外熱像儀量測(cè)為輔，對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行量測(cè)，量測(cè)位置包括隧道掌子面、距隧道掌子面2，5，8，11，14，17，20，23m位置，每一位置量測(cè)3次，最后取平均值作為隧道爆破現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度值。

(3)量測(cè)部位選擇，主要包括隧道掌子面、開(kāi)挖進(jìn)尺面、炮孔位、圍巖突變處、節(jié)理裂隙部位。在對(duì)圍巖進(jìn)行掃描時(shí)，對(duì)被測(cè)物體用30m盤(pán)式皮尺進(jìn)行量測(cè)，確定量測(cè)范圍。

(4)紅外量測(cè)。因?yàn)樗淼辣片F(xiàn)場(chǎng)光線昏暗，利用紅外儀進(jìn)行掃描時(shí)，必須打開(kāi)激光和照明燈/閃光燈，利用激光和LCD屏上的中心、左、右三個(gè)標(biāo)記對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行定位，確定被測(cè)物體范圍和位置，同時(shí)強(qiáng)光LED手電筒必須輔助照明。當(dāng)被測(cè)物體定位后，對(duì)紅外儀進(jìn)行對(duì)焦，同時(shí)觀測(cè)LCD屏上的中心點(diǎn)溫度，待溫度值基本穩(wěn)定后，捕獲圖像，記錄溫度值和量測(cè)方位。

(5)利用SmartView3.2版軟件對(duì)紅外圖像進(jìn)行處理，主要是透光率矯正、水平和跨度的調(diào)節(jié)、紅外圖像融合、圖像或溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。

4　圍巖損傷紅外熱像演化特征

選取實(shí)驗(yàn)段隧道共10個(gè)循環(huán)進(jìn)尺面進(jìn)行紅外熱像研究，共獲取隧道掌子面不同部位的紅外熱像圖近1 000張，受于篇幅，選取有代表性的第5、第6開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)行研究，分析掌子面不同部位節(jié)理裂隙紅外熱像分布規(guī)律。第5開(kāi)挖循環(huán)隧道掌子面上部節(jié)理裂隙紅外熱像對(duì)比如圖1所示，紅外溫度分布曲線如圖2所示。

圖1　隧道掌子面上部節(jié)理裂隙巖體紅外對(duì)比Fig.1　Comparison of the infrared images of joint cracks in the upper tunnel face

由圖1可知，全紅外圖出現(xiàn)多條連續(xù)、斜列式的顯著高溫條帶， 在高溫條帶之間的區(qū)域出現(xiàn)低溫輻射，由于隧道掌子面圍巖受爆炸荷載、巖石本身節(jié)理裂隙等眾多因素影響，導(dǎo)致圍巖局部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性不足、厚薄不均勻，因而使巖石節(jié)理裂隙部位和巖石破碎部位紅外溫度低，如點(diǎn)P0、P3、P4紅外溫度分別為22.7，23.5，22.3 ℃，巖石突變處紅外溫度較高，如點(diǎn)P1、P2紅外溫度分別為26.6，25.9 ℃，節(jié)理裂隙分界線處紅外溫差明顯，高對(duì)比度顏色分明。

圖2　隧道掌子面上部節(jié)理裂隙巖體紅外溫度分布Fig.2　Infrared temperature distribution of joint cracks in upper tunnel face

由圖2對(duì)比可知，線L0、L1、L2、L3的平均紅外溫度分別為25.5，25.3，25，24.8 ℃，線L0、L1、L2、L3紅外溫度變化幅度較大，呈階梯狀交替升降溫，明顯出現(xiàn)高溫區(qū)和低溫區(qū)，高溫區(qū)域溫度變化幅度不大，在1.5 ℃左右，但低溫區(qū)域降溫幅度較大，線L0、L1、L2、L3降溫幅度分別達(dá)到2.7，2.7，2.9，3.2 ℃，這表明爆破后的掌子面巖石存在兩種溫度效應(yīng)〔7〕，即增溫效應(yīng)和降溫效應(yīng)。在高溫區(qū)域，巖石密實(shí)性不足，均勻性下降，微破裂發(fā)育；在低溫區(qū)域，巖石因拉伸使溫度下降，為張性應(yīng)變，節(jié)理裂隙非正常發(fā)育，巖體即將發(fā)生宏觀破壞。

第6循環(huán)隧道掌子面右側(cè)節(jié)理裂隙紅外熱像對(duì)比如圖3所示，紅外溫度分布曲線如圖4所示。

圖3　隧道掌子面右側(cè)節(jié)理裂隙巖體紅外對(duì)比Fig.3　Comparison of infrared images of joint cracks in right tunnel face

由圖3對(duì)比可知，全紅外圖具有明顯的高溫條帶與低溫區(qū)域相間的輻射溫度場(chǎng)，較好地反映了巖石不同部位的紅外溫度，節(jié)理裂隙處紅外溫度較低，如點(diǎn)P0、P1、P2、P3、P4、P5的紅外溫度分別為23.8，23.6，23.8，23.7，23.5，23.9 ℃，巖石突變處紅外溫度較高，如點(diǎn)P6、P7、P8、P9、P10、P11的紅外溫度分別為24.6，25.0，25.1，25.4，25.0，25.0 ℃，這種高溫條帶與低溫區(qū)域相間的帶狀條帶體現(xiàn)了巖石破裂前紅外溫度輻射的異常現(xiàn)象。

圖4　隧道掌子面右側(cè)節(jié)理裂隙巖體紅外溫度分布Fig.4　Infrared temperature distribution of joint cracks in right tunnel face

由圖4對(duì)比可知，線L0、L1、L2、L3的平均紅外溫度變化幅度不大，分別是24.3，24.4，24.7，24.7 ℃，線L0、L1、L2、L3在巖石破裂整個(gè)過(guò)程中紅外溫度變化幅度較大，平均在2.1 ℃左右，主要呈階梯狀交替升降溫，明顯出現(xiàn)高溫區(qū)和低溫區(qū)，高溫區(qū)域溫度變化幅度不大，在0.8 ℃左右，但相比高溫區(qū)，低溫區(qū)域降溫幅度較大，線L0、L1、L2、L3降溫幅度分別為1.1，1.1，1.3，1.3 ℃，表明巖石表面的紅外熱像出現(xiàn)空間分異現(xiàn)象，致使高溫區(qū)與低溫區(qū)相間，其對(duì)應(yīng)位置即為巖石破裂損傷位置。

5　結(jié)論

(1)掌子面巖石具有明顯的高溫條帶與低溫區(qū)域相間的輻射溫度場(chǎng)，節(jié)理裂隙處紅外溫度較低，巖石突變處紅外溫度較高，高溫條帶與低溫區(qū)域相間的帶狀條帶體現(xiàn)了巖石破裂前紅外溫度輻射的異常現(xiàn)象，這種臨破裂前的紅外溫度輻射異常現(xiàn)象是巖石破裂失穩(wěn)的重要前兆，將會(huì)對(duì)隧道圍巖的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

(2)掌子面巖石破裂過(guò)程中紅外溫度異常主要表現(xiàn)為階梯狀交替升降溫，并明顯出現(xiàn)高溫區(qū)和低溫區(qū)，存在增溫效應(yīng)和降溫效應(yīng)，致使圍巖的承載能力差，不利于多次爆破條件下隧道爆破質(zhì)量的控制。

(3)紅外熱像儀能大范圍、快速、連續(xù)地對(duì)隧道光爆掌子面圍巖內(nèi)部的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，并能定性判斷隧道掌子面圍巖內(nèi)部缺陷的位置，可為隧道光爆炮孔布置、裝藥參數(shù)設(shè)計(jì)、圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供一定的科學(xué)依據(jù)，避免圍巖缺陷對(duì)隧道光爆成型質(zhì)量的影響，但由于光爆現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件限制以及巖石本身天然缺陷、爆破后掌子面巖石破裂情況不同，基于紅外熱像的掌子面巖石的損傷范圍、深度的定量研究有待深入。

〔1〕 朱傳云, 喻勝春. 爆破引起巖體損傷的判別方法研究[J]. 工程爆破, 2001, 7(1):12-16.

ZHUChuan-yun,YUSheng-chun.Studyonthecriterionofrockmassdamagecausedbyblasting[J].EngineeringBlasting, 2001, 7(1):12-16.

〔2〕 劉善軍, 吳立新, 張艷博,等. 潮濕巖石受力過(guò)程紅外輻射的變化特征[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,31(2):265-268.

LIUShan-jun,WULi-xin,ZHANGYan-bo,etal.Changefeatureofinfraredradiationfromloadeddamprock[J].JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience), 2010,31(2):265-268.

〔3〕 張艷博, 劉善軍. 含孔巖石加載過(guò)程的熱輻射溫度場(chǎng)變化特征[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(4):1013-1018.

ZHANGYan-bo,LIUShan-jun.Thermalradiationtemperaturefieldvariationofholerockinloadingprocess[J].RockandSoilMechanics, 2011, 32(4):1013-1018.

〔4〕 譚志宏, 唐春安, 朱萬(wàn)成, 等. 含缺陷花崗巖破壞過(guò)程中的紅外熱像實(shí)驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2005, 24(16):2977-2981.

TANZhi-hong,TANGChun-an,ZHUWan-cheng,etal.Experimentalstudyoninfraredthermalimageforfailureprocessofgranitewithfracture[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2005, 24(16): 2977-2981.

〔5〕 張慧慧. 紅外熱成像法檢測(cè)巖石滲水病害的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 30(1):71-74.

ZHANGHui-hui.Theexperimentalstudyofinfraredimagingdetectiononwater-permeationofrock[J].Jou-rnalofQiqiharUniversity, 2014, 30(1):71-74.

〔6〕 楊曉峰, 李曉紅, 盧義玉, 等. 灰?guī)r鉆掘過(guò)程的紅外熱像實(shí)驗(yàn)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 2011, 41(5):1504-1511.

YANGXiao-feng,LIXiao-hong,LUYi-yu,etal.Experimentalofinfraredthermalimageinlimestonedrilling[J].JournalofJilinUniversity(EarthScienceEdition), 2011,41(5):1504-1511.

〔7〕 劉善軍, 吳立新, 張艷博. 巖石破裂前紅外熱像的時(shí)空演化特征[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 30(7):1034-1038.

LIUShan-jun,WULi-xin,ZHANGYan-bo.Temporal-spatialevolutionfeaturesofinfraredthermalimagesbeforerockfailure[J].JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience), 2009,30(7):1034-1038.

〔8〕 趙毅鑫, 姜耀東, 韓志茹. 沖擊傾向性煤體破壞過(guò)程聲熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2007, 26(5):965-971.

ZHAOYi-xin,JIANGYao-dong,HANZhi-ru.Experimentalstudyonacousticandthermalinfraredcharacte-risticsofbump-pronecoal[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering, 2007, 26(5):965-971.

〔9〕 王家臣, 王進(jìn)學(xué), 沈杰, 等. 頂板垮落誘發(fā)瓦斯災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 采礦與安全工程學(xué)報(bào), 2007, 24(1):8-12.

WANGJia-chen,WANGJin-xue,SHENJie,etal.Experimentalresearchongashazardincidentcausedbyroofcollapse[J].JournalofMiningandSafetyEngineering, 2007, 24(1):8-12.

〔10〕 劉善軍, 吳立新, 張艷博, 等. 拐折非連通斷層加載失穩(wěn)的熱輻射演化特征[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 28(S2):3342-3348.

LIUShan-jun,WULi-xin,ZHANGYan-bo,etal.Evolutivefeaturesofthermalradiationoftortuouslynon-connectedfaultintheloadingandinstabilityprocess[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering,2009,28(S2):3342-3348.

〔11〕 陳智強(qiáng), 張永興, 周檢英. 開(kāi)挖誘發(fā)隧道圍巖變形的紅外熱像實(shí)驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2012, 34(7):1271-1277.

CHENZhi-qiang,ZHANGYong-xing,ZHOUJian-ying.Experimentalstudyoninfraredphotographsofdeformationandfailureofsurroundingrockoftunnelsprocessioninducedbyexcavation[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering, 2012,34(7):1271-1277.

〔12〕 宮偉力, 趙海燕, 安里千, 等. 軟巖巷道變形破壞紅外溫度場(chǎng)的分形特征[J]. 礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā), 2008, 28(6):27-31.

GONGWei-li,ZHAOHai-yan,ANLi-qian,etal.Fractalcharacteristicsofinfraredradiationtemperaturefieldfordeformationandfailureofsoftrockroadway[J].MiningResearchandDevelopment, 2008, 28(6):27-31.

〔13〕MH.Physicalmodelingofanundergroundroadwayexcavationingeologically45°inclinedrockusinginfraredthermography[J].EngineeringGeology, 2011, 121:165-176.

〔14〕MH,XJ,WG,etal.Physicalmodelingofanundergroundroadwayexcavationinverticallystratifiedrockusinginfraredthermography[J].InternationalJournalofRockMechanics&MiningSciences, 2010, 47:1212-1221.

〔15〕MH,WG,HZ,etal.Physicalmodelingofdeepgroundexcavationingeologicallyhorizontalstratabasedoninfraredthermography[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology, 2010, 25:366-376.

〔16〕ZHOUCL,ZHUHH,LIXJ.Applicationofinfraredphotographyandimageprocessinginnatmtunnel[J].GeotechnicalEngineeringforDisasterMitigationandRehabilitation,2008(20)：980-988.

〔17〕RIVARDB,FENGJ,GALLIEE,etal.Oredetectionandgradeestimationinthesudburyminesusingthermalinfraredreflectancespectroscopy[J].Geophysics, 2001, 66(6):1691-1698.

〔18〕FANJ,GUOX,WUC.Anewapplicationoftheinfraredthermographyforfatigueevaluationanddamageassessment[J].InternationalJournalofFatigue, 2012, 44:1-7.

Infrared thermography analysis of tunnel surrounding rock damage under blasting

ZOU Bao-ping1, 2, 3, LUO Zhan-you2, WANG Jian-xiu3, WANG Guo-tao3, HU Li-sheng4

(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Techno-logy (Beijing), Beijing 100083, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China; 3. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;4. China Railway No.2 Engineering Group Co., Ltd., Chengdu 610031, China)

The tunnel surrounding rock was subjected to temperature stress concentration effects under the impact of explosion and the rock damage and poor quality of tunnel blasting shaping would be made. How to avoid defects of surrounding rock on the tunnel blasting shaping quality needed to be researched and solved. With the background of the tunnel of Chengdu-Chongqing high-speed railway, the infrared thermography experimental design was applied for the tunnel face based on infrared thermography theory. The infrared experimental abnormal regions of the temperature distribution and the temperature variation range of the tunnel face from different joint fissures were judged to explore the regularities of infrared temperature. The research result showed that tunnel face rock had radiation temperature field with high and low temperature abnormality area. The bottom of the infrared temperature in tunnel face was lower and the central part was higher. The infrared temperature of tunnel face rock showed up anomaly as temperature raised and fell alternately during rock fracture, and there was obvious high and low temperature zone. It could provide certain information for drilling-and-charging design parameters and evaluation of the stability of surrounding rock.

Tunnel; Smooth blasting; Infrared thermography; Rock damage; Joint fissure

1006-7051(2016)04-0001-06

2016-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金(41572299);浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃(2016C33033);浙江科技學(xué)院科研基金(F702104E03);浙江科技學(xué)院學(xué)科交叉預(yù)研專(zhuān)項(xiàng)(2015JC04Y);中鐵二局股份有限公司課題(201218)

鄒寶平(1982-)，男，博士、講師，主要從事隧道工程、巖土與地質(zhì)工程方面的教學(xué)與研究工作。E-mail： zoubp@zust.edu.cn

TD235.4+7

A

10.3969/j.issn.1006-7051.2016.04.001