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2020-02-13

隧道岩爆的全面解析(上)

作者: 艾三维软件 来源: 艾三维软件 发布日期: 2019.07.15

隧道发生了岩爆,为确顺利施工,结合隧道开挖对岩爆的防治经验,现对岩爆的产生条件特点以及岩爆的现场预测预报和防护措施交底如下,请现场领工员和施工人员参考。

隧道岩爆的全面解析(上)

岩爆产生条件   

①近代构造活动山体内地应力较高,岩体内储存着很大的应变能。   

②围岩新鲜完整,裂隙极少或仅有隐裂隙,属坚硬脆性介质,能够储存能量,而其变形特性属于脆性破坏类型,应力解除后,回弹变形很小。  

③具有足够的上覆岩体厚度,一般均远离沟谷切割卸荷裂隙带埋藏深度多大200m 

④无地下水,岩体干燥;   

⑤开挖断面形状不规则,造成局部应力集中。  

⑥在溶孔较多的岩层里,则一般不会发生岩爆。

岩爆的特点  

隧道岩爆的全面解析(上)

①在未发生前,并无明显的征兆,虽经过仔细寻找,并无空响声,一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石爆裂声响,石块有时应声而下有时暂不坠下。

②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近,个别的也有距新开挖工作面较远,常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多;岩爆在开挖后陆续出现,多在爆破后的2~3小时,24小时内最为明显,延续时间一般1~2个月,有的延长1年以上,事前一般无明显预兆。

③岩爆时围岩破坏的规模,小者几厘米厚,大者可多达几十吨重。石块由母岩弹出,小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落,脱落面多与岩壁平行。

④岩爆围岩的破坏过程,一般新鲜坚硬岩体均先产生声响,伴随片状剥落的裂隙出现,裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出,属于表部岩爆;在强度较低的岩体,则在离隧洞掌子面以里一定距离产生造成向洞内临空面冲击力量最大,这种岩爆属于深部冲型。

岩爆的现场预测预报

隧道岩爆的全面解析(上)

1、地形地貌地质分析法   

认真查看其地形地貌,对该区的地形情况有一个总体的认识,在高山峡谷地区,谷地为应力高度集中区,另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。  依据地质理论,在地壳运动的活动区有较高的地应力,在地区上升剧烈,河谷深切,剥蚀作用很强的地区自重应力也较大。

2、AE法(声发射法)   

AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果,通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测,该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N,它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。这种预报方法是最直接的,也是最有效的。

3、钻屑法(岩芯饼画法)   

这种方法是通过对岩石钻孔进行,可在进行超前预报钻孔的同时,对钻出的岩屑和取出的岩芯进行分析;对强度较低的岩石,根据钻出岩屑体积大小与理论钻孔体积大小的比值来判断岩爆趋势。在钻孔过程中有时还可以获得如爆裂声、磨察声和卡钻现象等辅助信息来判断岩爆发生的可能性。  

4、地温法

采用红外线测温仪,若地温接近正常埋深地温,说明地下水渗流弱,围岩干燥无水,则产生岩爆的可能性较大。 以上几种方法在实际施工过程中要综合应用,相辅相成互相印证,方能对岩爆的发生进行准确的预报。

岩爆防治措施  

隧道岩爆的全面解析(上)

1、改善围岩应力

这种方法主要是降低围岩应力是围岩应力小于围岩强度,避免岩爆的发生。在施工中主要采取如下措施:

在洞身开挖爆破时,采用“短进尺、多循环”,采用光面爆破技术,尽量减少对围岩的扰动,改善围岩应力状态。  选择合适的开挖断面形式,也可改善围岩应力状态。应力解法:通过打设超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破,在围岩内部造成一个破坏带,即形成一个低弹区,从而使动壁和掌子面应力降低,使高应力转移至围岩深部,施工时可在掌子面上打设5~6个超前钻孔,深15~20m左右,既可以起到超前钻探地质的作用,又可以起到释放掌子面应力的作用。超前钻孔的布臵形式及参数与地质预测预报孔相同。

2、改善围岩性质 

在施工过程中,可采取对工作面附近隧道岩壁喷水或钻孔注水来促进围岩软化,从而消除或减缓岩爆程度。但这种方法在隧道施工 中一般对隧道围岩的稳定有一定的影响。

3、对围岩进行加固  

 改善掌子面及1~2倍洞径洞段内围岩的应力状态,由于支护的作用不但改变了应力大小的分布,而且还使洞壁从单维应力状态变为三维应力状态。  拟采用的加固办法有:锚杆和超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑,二次衬砌。这种方法是施工中最为常用的,因此施工过程中,在易发生岩爆的地段,要采取锚杆、超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑等多种支护方法有效的组合在一起来防止岩爆的发生。  

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