深埋特长隧道岩爆预测与防治分析

深埋特长隧道岩爆预测与防治分析
1认识岩爆1.1岩爆什么是岩爆？大多岩爆是如何发生的？
岩爆是一种岩体失稳，突然破裂的现象，属于特殊的地质灾害，具有突发性。

多发于岩体坚硬且完整的地质，大多是因为隧道在穿越高地应力地区，由于围岩的应力大于岩体的强度，开挖爆破致使岩体应力二次分布，突然释放岩体中的应变能，在岩爆的同时伴随碎体、块片的弹射和飞出，伴有震动和声响等等，危害极大。

1.2岩爆易发条件（1）隧道埋深大。

大量数据表明，当隧道埋深超出200m 深度时，岩爆有可能发生。

（2）某一区域地质构造活动越是强烈，那么该处地形应力越容易被集中，岩爆发生的可能性加大。

（3）工程实践中发现，工况中河谷岸坡陡竣并有突变时，严重影响着地应力的分散，为岩爆的发生创造了条件。

（4）围岩新鲜坚硬完整有利于地应力储存，该区域容易发生岩爆现象。

1.3岩爆易发时间通常情况下，开挖掌子面的当天岩爆最强烈，持续时间长短不等，大多为几天，如果不加以控制任其发展，持续时间有时长达数月一年不等。

岩爆出现的形式大多为爆裂，对于瀑布沟电站的岩爆，易发时间大多为半夜或上午，如果下雨雨量比较大时更容易发生。

2岩爆预测预测，即对开挖部位发生岩爆的可能进行测算，并预报岩爆的可能级别。

预测有利于预防措施的及时应用，通过对开挖部位的爆破方案、爆破技术参数及起爆网络类型等及时实施优化，以保证施工的安全。

目前，岩爆预测的方法有很多，常见的有：（1）岩爆临界深度预测法；(2) 施工地质超前预报法；（3）岩爆储能测试分析预测法；(4)b R θσ判据预测法；(5) 声发射现场监测预测法；（6）岩体电磁辐射监测预报法。

岩爆预测主要要完成的工作是测定单轴抗压强度R C值和地应力场中最大主应力 1 σ值，借此对岩爆特性进行鉴别，提出有利于爆破开挖施工的优化措施。

大量工程统计表明，当两者关系满足：，则容易发生岩爆。

国内许多专家和学者结合其多年的工程实践经验，建议了如表1所示的一组新的判别临界值：在大量的预测工作中发现，开挖卸载是导致围岩应力重新分布的直接原因，按照一定的比例γσ和呈现出同步上升，γσ和的上升过程中致使岩爆发生。

在实际操作中，控制岩体稳定性的主导因素为切向应力，大量统计数据表明，当切向应力
与岩石单轴抗压强度间的关系满足：时，发生岩爆的可能性较大。

3岩爆的防治措施分析3.1优化开挖程序和工艺借助打超前小导洞（一般规格为宽×高=5m×5m或5m×6m），二次扩挖至设计规格线，这样一来使得岩爆区围岩的应力状况能得到大大的改善，有效减弱岩爆，同时利于出渣；如果岩爆在刚放完炮后发生，出碴必须推迟到岩爆后。

3.2控制爆破施工中必须对最大单响药量实施严格地控制，大多采用浅孔多循环的方法，促使爆破对围岩的扰动趋于最小；对光爆孔造孔质量要严格地控制，降低局部地段突变发生的可能，达到改善围岩的应力条件的目的，严防出现破坏性岩爆。

3.3喷水对已开挖成形的边顶拱、喷护的混凝土和开挖成形掌子面必须及时地实施喷水，降低其脆性，促进抵抗地应力变形能力的增强，降低岩爆发生的概率。

3.4挂柔性防护网对于隧洞开挖发生岩爆较频繁的部位，开挖后应及时挂柔性防护网，具体做法是在锚筋上固定挂柔性防护网，同时在实施中要注意与岩面密贴。

3.5超前径向钻孔减压在产生岩爆的部位，垂直于岩面方向打一些钻孔，规格为间距几十厘米，深1～3 m，通过超前径向钻孔人为地扩散应力。

甚至有时还需要将完整岩体实施放小炮将其震裂，以便改善应力集中的状态。

3.6及时支护（1）施工过程中，路经高应力区或岩爆发生区，开挖后必须及时支护；（2）在支护工艺的选择上，除采用常规的锚索、锚杆、喷钢钎维混凝土、钢拱架及混凝土衬砌支护外，柔性材料支护也应该被重点考虑以适应围岩的变形；（3）掘进过程中，一旦听到爆裂声后，必须立刻实施支护处理，以防事故的发生，尤其在埋深较深地段洞室交错部位施工时必须加强支护。

4工程实例——锦屏4#引水隧洞4.1工程概括雅砻江锦屏二级水电站东端4#引水隧洞工程，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67k m，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。

引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。

引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。

为世界上规模最大的水工隧洞工程。

工程区复杂的地质条件，具有发生岩爆的应力条件和岩性条件。

当引水洞进入厚层块状岩体完整的白山组大理岩洞段，尤其是掘进至断层少、上覆岩体厚的洞段时，发生高等级岩爆的可能性较大。

4.2岩爆实情分析华东勘测设计研究院通过测算围岩强度应力比以及临界埋深大小将工程区的岩爆等级分为轻微岩爆
（Ⅰ级）、中等岩爆（Ⅱ级）、强烈岩爆（Ⅲ级）和极强岩爆（Ⅳ级）四个等级。

随着锦屏4#引水隧洞向西端掘进，岩爆现象不断发生，出现岩爆的岩体大多属于灰黑大理岩和条带大理岩，地层为盐塘组，围岩类别基本属于Ⅲ类。

岩爆的部位集中在拱顶、拱肩和隧洞边墙，以片状、层状剥落、爆裂剥落等方式造成破坏。

破坏性质为张性和张剪性。

岩爆烈度等级上属于轻微（Ⅰ级）岩爆。

4.3主要对策、措施（1）预测。

借助判据预测法；岩爆储能测试分析预测法；声发射现场监测预测法；低温探测法；地质预报法等等多种方法对工程区实施综合预测。

（2）预防。

主要的预防措施有：改善围岩物理力学性质（短进尺、少频率、小药量、光面爆破）；应力解除法；调整作业、措施到位；人员、设备防护。

（3）治理。

通过高压喷水、深部注水等措施来降低强度；通过喷、锚、格栅钢架等措施来加固围岩。

5结语深埋特长隧道开挖是系统工程，施工条件呈现出复杂性，岩爆的发生具有突然性，岩爆预测和防治对于整个开挖工程的安全和速度来说有着很大的意义，不容忽视。