淺談巖爆初步判別與工程措施

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1、淺談巖爆初步判別與工程措施淺談巖爆的初步判別及工程措施四川內(nèi)江水利電力建筑勘察設計研究院和斌簡介：蘑子水電站位于甘孜州丹巴縣境內(nèi)，地處磨子溝下游河段，電站為引水式開發(fā)，利用1192m長隧洞獲得427.8m落差建廠發(fā)電。電站閘址位于邊耳鄉(xiāng)磨子村插草坪，控制集雨面積665km2,廠址位于邊耳鄉(xiāng)磨子村磨子壩，控制集雨面積753km2,電站壩址、廠址間沿河相距9.2kmo隧洞穿過巖層為硬質(zhì)巖，加上埋藏較深，屬以自重應力為主的高應力地區(qū),部分地段巖體完整?較完整，無地下水，可初步判斷為易產(chǎn)生巖爆。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487-2008

2、)巖爆分級及判別標準，將巖爆劃分成I級、II級兩類。0引言巖爆(rockburst;blasting)：在地應力高的巖體中開挖洞室，圍巖中應力突然釋放，造成洞壁巖塊爆裂，發(fā)出較大聲響并拋出的動力現(xiàn)象。在地應力比較高的地區(qū)，或埋深很大的隧洞周圍巖體內(nèi)，貯存著大量的應變能，當這些潛在的能量具備突然釋放的條件時，就產(chǎn)生一種沖擊壓力。隧洞施工過程中一旦受到這種沖擊壓力的作用，就可能發(fā)生巖塊橫飛和圍巖塌落現(xiàn)象。一般稱之為巖爆或者沖擊地壓。由于巖爆對地下工程造成較大的危害,如破壞支護、損壞機械設備、影響工程施工造成人身傷亡。因此，冃前已普遍重視其對洞室圍巖

3、穩(wěn)定性的影響，研究其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律及防治的措施，防患于未然。1巖爆發(fā)生的機制巖爆現(xiàn)象多發(fā)生在如下的特定的部位：①由初始應力和洞室斷面形狀所決定的重分布應力最集屮區(qū)；②在圍巖靠近表面部分有高變異應力及殘余應力分布區(qū)；③在斷層受風化破碎的巖脈（墻）附近形成的局部應力增高區(qū)。巖體儲存的能量，通常是彈性變形的形式儲聚于圍巖內(nèi)的高應力集中區(qū)內(nèi)。彈性變形越大，諸備的能量航越多。因此，巖體內(nèi)某些地區(qū)形成高儲能體。高儲能體必須具備兩個條件：第一，巖體能儲聚較人的彈性應變能，第二，巖體內(nèi)應力高度集中。從儲聚彈性應變能的能力分析，彈性巖體在其受力（在加荷與卸荷過程

4、中）變形時，常能儲聚較多的彈性應變能，大部分高強度塊狀脆性巖體屬此類，其次是彈一塑性巖體，在其受力變形時，也能儲聚一定彈性應變能，最差的是塑性巖體，在其受力變形時，由于變形全為塑性變形，無儲聚彈性應變能的能力。因此，在前兩類巖體中修建埋深較大的地下工程吋，應對巖爆的產(chǎn)生給予密切的注意，以策安全。根據(jù)圍巖內(nèi)高儲能體的分布，除與巖性有關外，主要取決于高應力集中醫(yī)的分布情況。按此分析，巖爆有可能在以下特征部位產(chǎn)生。1.由初始直力狀態(tài)及隧洞形狀所決定的圍巖內(nèi)的最大壓應力集中區(qū);2.圍巖表面的高變異應力及殘余應力分布區(qū)，以及由巖性條件所決定的局部應力集中

5、區(qū)，如夾于軟弱巖石中的堅硬巖體；3.斷層、軟弱破碎帶或巖脈等軟弱結構商附近，洞體與這些軟弱結構面所形成的應力柴中局部增高區(qū)；1.已有洞體內(nèi)出于新開挖影響而出現(xiàn)的高應力區(qū)。2巖爆的判別及特征在本工程中，隧洞穿過巖層全為硬質(zhì)巖，加上埋藏較深，屬以自重應力為主的高應力地區(qū)，部分地段巖體完整?較完整，無地下水，可初步判斷為易產(chǎn)生巖爆。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487?2008）巖爆分級及判別標準，將巖爆劃分成I級、II級兩類。分級及判別標準見下表。巖爆分級及判別標準根據(jù)區(qū)域地質(zhì)，工程區(qū)地質(zhì)構造較為簡單，構造應力等因素對最大主應力影響不顯

6、著，所以在埋深1000m以上采用垂直向應力自重應力YH為最大主應力。因隧洞穿過巖層變化較大，取用占絕大多數(shù)的巖體重度或者互層中采取加權平均進行計算巖體重度，然后根據(jù)自重應力為主最大主應力來判斷隧洞發(fā)生巖爆的可能性，因為IV、V類圍巖巖體完整性差?較差，并且有地下水活動，故下表中只對II、III類圍巖列表進行判別：巖爆分級及判別表23巖爆的處理措施在磨子水電站工程中，初步判斷巖爆主要類型為分成輕微巖爆（I級）、中等巖爆（II級）兩類。巖爆防治處理方法目前搜集到資料來看，多采用超前鉆孔和徑向鉆孔，以降低應力集中，以及在巖面噴灑水和震動、爆破、誘發(fā)巖

7、爆等方法。對于有響聲的巖爆，耍注意監(jiān)聽，當監(jiān)聽到發(fā)生巖爆部位后，立即組織處理，如人工引爆、噴混凝土、打錨桿等。噴混凝土能減輕巖爆的破壞程度，可保護人員及設備。挪威對巖爆地區(qū)的處理方法主要是采取噴混凝土和錨桿支護，并設球面墊板。為了保證施工安全,最簡便的方法是利用機械手噴棍凝土，然后打錨桿。而在正常的情況下，其工作順序是鉆孔、裝藥放炮、清渣并打錨桿、噴第一層混凝土進行第二次循環(huán)，或繼續(xù)第三次循環(huán)?，F(xiàn)在挪威多采用鋼釬維噴混凝土以代替常規(guī)噴混凝土，因其強度較高，變形性韶好，配合錨桿使用效果很好,可使隧洞的開挖保持高速度,甚至在通過大型巖爆地區(qū)也是如此

8、;它的使用可保征開挖工人的安全并解決了以往在巖爆發(fā)生地段垂直于隧洞表血安裝長錨桿的問題。工程實踐證明：在巖爆發(fā)生強烈地段使用鋼釬維加強的自動噴射混凝土