锦屏二级水电站岩爆专题报告
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中铁十三局集团有限公司 联合体 1. 本工程引水隧洞岩爆问题概述
锦屏二级水电站位于雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上。
位于川滇
菱形断块。
出露的岩石主要有:下古生界为碎屑岩类,上古生界和中生
界变质的碳酸盐岩、碎屑岩和玄武岩、火山碎屑岩,以及前震旦系变质
岩系,古生界碳酸盐岩,峨眉山玄武岩和碎屑岩,中生界碎屑岩、粘土
岩。
中更新世以来的堆积物主要沿河谷与山麓地带零星分布。
从大地构造上,锦屏二级水电站位于松潘—甘孜地槽褶皱系的东南
部,中生代以来经受印支、燕山,特别是喜马拉雅运动,形成一系列迭
瓦状逆冲断层、地层倒转、“A”型平卧褶皱和拉伸线理以及沿断层形成的
飞来峰构造,构成变形较强烈的地台边缘褶皱带和断裂带;雅江褶皱带
是古生代至三迭纪的地槽褶皱带。
三迭纪末的印支运动使其褶皱回返,燕
山运动影响本区,有花岗岩类侵入.喜山运动强烈隆起并伴有断裂活动。
区内的断裂构造发育。
工程区地处高地应力区,引水隧洞上覆岩体一般埋深1500~2000m ,最
大埋深约为2525m ,而岩爆现象则是其最具体的体现。
岩爆是影响洞室
围岩稳定的主要因素之一,通过现场调研和室内测试,对引水隧洞围岩岩
爆的模式、分级、预测预报、防治措施等开展了深入研究,表明锦屏引水
隧洞在开挖过程中将产生岩爆,其强烈程度以轻微~中等为主,局部洞段
将发生强烈~极强岩爆,预测今后(以4#洞线为例)累计发生岩爆的长度
约5548m,无岩爆段长度约11119。
1m,其中发生轻微量级岩爆长度约
3291m,中等量级岩爆长度约1211m ,强烈量级岩爆长度约895m ,极强量
级岩爆长度约151m.
通过对辅助洞岩爆现场调研,辅助洞岩爆发育特征与长探洞岩爆特
征一致。
由于东端辅助洞局部所发生的岩爆强烈程度与长探洞相对应的
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中铁十三局集团有限公司 联合体 部位进行对比,辅助洞内所发生岩爆等级要比长探洞严重,且辅助洞的
埋深要比长探洞浅了约200m ,说明在锦屏工程区岩爆存在着一定的尺寸
效应。
同样地,在与目前东端辅助洞相同高程的引水隧洞,由于其开挖
洞径达到13m ,发生岩爆时,会表现出更为明显的尺寸效应。
在国内外有很多关于岩爆的分析及施工案例,在此对有关岩爆做出一
个专题报告,以便更好的处理好锦屏工程的岩爆现象。
2. 岩爆的特征及分类
岩爆,又称矿山冲击,是在深埋洞室的施工掘进中洞室临空面边缘突
然发生类似爆炸的巨响,并有岩石开裂、岩块弹射或崩塌掉块的现象。
它
是深埋洞室或隧道特有的一种不良地质现象。
自1738年首次报导了英国锡矿发生岩爆以来,在世界范围内已有西
德、南非、中国、波兰、东德、捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亚、奥
地利、意大利、瑞典、挪威、新西兰、美国、法国、加拿大、日本、印
度、比利时、安哥拉等20多个国家和地区记录有岩爆问题。
岩爆最强的
可使整个矿坑、隧洞摧毁;同时造成的矿震最大可达3.2~4。
6级以上,烈
度达7~8度,使地面遭受破坏。
我国从1949年到1985年5月在32个重要
煤矿中,至少发生过1842起煤爆和岩爆.1965年1月至3月,成昆线关
村坝隧道(长6107m )昆明端施工时多次发生岩爆,造成人身事故,威胁施
工安全。
岩爆是极为复杂的动力现象。
各国对此现象进行了大量的研究,目前多
数停留在假说和试验阶段。
我国对岩爆的研究,近年来有所突破。
如中
国国际工程咨询公司谭以安对天生桥电站引水隧洞的岩爆灾害进行了详
细的调查研究,通过对岩爆一般力学特性和破坏断口的电微扫描分析确
定,岩爆属于张、剪脆性破坏.对岩爆部位探洞详细观测,除了把爆裂面以
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中铁十三局集团有限公司 联合体 内的围岩分为塑性带(松动圈)和弹性带外,进一步把松动带细分为劈裂
-剪切带、劈裂带。
经过综合分析,得出这样的结论:岩爆是具有大量
弹性应变能储备的硬质脆性岩体,由于开挖洞石和坑道,使地应力分异、
围岩应力跃升及能量进一步集中,在围岩应力作用下产生张-剪脆性破
坏,并伴随声响和震动,而消耗部分弹性应变能的同时,剩余能量转化为
动能,使围岩由静态平衡向动态平衡失稳发展,造成岩片(块)脱离母
体,获得有效弹射能量,以猛烈向临空方向抛(弹、散)射为特征,是经历
“劈裂成板-剪断成块-块片弹射”渐进过程的动力破坏现象。
岩爆是在一定的地质构造、地层岩性、地应力场和由于深埋洞室的
施工开挖临空条件变化造成瞬间围岩压力集中,改变了围岩周围的应力状
态和性质等条件下产生的。
目前观察到岩爆现象多发生在深埋大于200m
地下建筑物中,如云南天生桥引水隧洞埋深200~250m(厚层灰白色灰
岩)、成昆线官村坝隧道埋深500~900m (含燧石结核的硅质灰岩)、日本
关越隧道埋深730m (石英闪长岩和角页岩)、日本新清水隧道(长13490m ,
1965年在施工过程中石英闪长岩发生过9次岩爆,有的持续2~3个月)
埋深最大达1210m 、瑞士弗卡隧道(长14713m ,主要地层为片麻状花岗
岩)埋深最大为1520m.岩层埋深越大,开挖时产生岩爆的强度和频率就越
高.有人认为,在埋深超过2500m 以下时,不采用特殊的施工方法,一般是
无法开挖隧道的。
岩爆的产生还与地质条件有关。
从岩性来看,岩爆多
发生在坚硬性脆的岩层中,如花岗岩、石英岩、片麻岩、斑岩、闪长岩、
辉绿岩、砂岩、灰岩、硬煤等。
这些岩层或为非层状的致密脆硬性岩层,
或为产状近似于水平的脆硬性岩层,它们开挖前整体好,不见张开节理,
仅见少量的密闭构造节理。
洞室开挖后基本干燥,从地质构造上来看,
在地应力集中地区(如地质构造线转折与相交部位)
中铁十三局集团有限公司
联合体表1 国内外岩爆实例统计表
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中铁十三局集团有限公司 联合体
注:*实测值,△汪泽斌推算值
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中铁十三局集团有限公司 联合体 以及洞室轴线与压性构造线相平行时(即洞室轴线与地区最大主应力方向垂直或近于垂直时),往往可能使岩爆加剧.就洞室与导坑断面形式而言,方形、梯形的较拱形、园形的洞室或导坑岩爆更为严重。
岩爆控制方法有多种,一旦确定了应力集中区的位置,就应当降低应力,以减少爆裂的危害。
在我国,目前常用的控制岩爆的方法有注水、钻孔卸压、锚杆-钢丝网-喷射混凝土,效果尚好。
深埋的长大隧道在勘测设计阶段如何评价和判断岩爆问题,主要是考虑上述的区域构造应力场条件(即当深埋洞室的轴线垂直或近于垂直地区构造应力场的最大地应力方向时易发生岩爆)和岩层条件(致密性脆的岩层,节理密闭,特别是在中厚层灰岩中夹有薄层钙质脆硬性岩层时,应予特别注意)从而提出产生岩爆的可能性和必要的控制方法。
我国水电工程最早在渔子溪Ⅰ、Ⅱ级及映秀湾水电站隧洞中发生过岩爆,此后在白鹤滩、大岗山、二滩、太平驿水电站,天生桥二级引水隧洞中也出现过岩爆,并在鲁布革水电站、三峡三斗坪坝址、拉西瓦水电站等出现钻孔饼状岩心。
这一特异地质现象的出现,引起了人们的关注,并作了记载和报道。
然而,直到70年代后期,一些研究者才在分析钻孔饼状岩心力学机制的基础上,初步探讨了岩爆的发生、发展及预测防治.
对于岩爆的研究国内外已有不少的论述。
从工程实用现点来看,常把有爆裂声、有弹射的围岩突然破坏的现象称为岩爆。
可以看出岩爆所具有的特征是:(1)从释放的现象看,破坏具有突发性;(2)从围岩应力角度看,包括集中-超限-破坏-转移过程;(3)从能量变化角度看,包括聚集-消散过程(能量消散包括围岩破坏做功、弹射、发震),当聚集的能量仅能造成围岩突然破坏而无剩余能量造成弹射、震动(可听音)时,即为无可听音岩爆(几种岩爆定义中的一种)。
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中铁十三局集团有限公司 联合体 以下简述国内外部分实际工程中的岩爆特征及岩爆的分类。
2.1. 实际隧洞工程中的岩爆特征
(1)中国,秦岭隧道Ⅱ线(平导施工)
岩性:混合片麻岩、条带状混合片麻岩、眼球状混合花岗岩、花岗伟晶岩岩脉。
埋深:200~1100m.
岩爆特征:岩爆声响既发生在掌子面,也发生在正在发生岩爆的岩体处。
高地应力段洞室施工中,在刚开挖的工作面可听到岩体内部沉闷的岩体开裂声,声响大时如炮声。
平导掌子面处推进至DyK77+172处,出完碴测量时,掌子面内部便发出沉闷如炮声的岩体内部开裂声;有时发出“喀喀”的声响.这种声音一般在刚开挖后20分钟至6小时可以听到,掌子面发生岩爆的声响可以持续至8~10小时。
掌子面后部岩爆处岩体爆裂声,一般轻微岩爆的声音,较为清脆,可以清晰地听到“啪、啪”的声响;强烈岩爆地段便可听到“澎、澎",同时夹有“噼、噼”的声响。
由于岩爆剧烈程度的不同和岩性的不同,岩爆的爆落体也各有不同。
剥落型岩爆岩爆体多为一边薄一边厚,如砍刀状;轻微弹射型岩爆多为细长的椭圆片体,该片体中心厚周边薄,片体大小一般由5×6×0.5(cm)~280×160×35(cm )不等;强烈抛射型岩爆体,多为四棱块状,块体直径一般为10~92cm 。
岩石矿物晶粒较小的致密混合片麻岩,弹射型岩爆时在爆落体弹射出的同时有一圈岩粉伴随射出;岩石矿物结晶程度较好晶粒较大的花岗伟晶岩,弹射型岩爆时在爆落体弹射出的同时有一圈岩粉伴随射出,同时在爆落岩体基岩表面有被撕裂的矿物晶体薄片,大小如指甲或铜钱;侵入脉体尖端的岩爆往往较为剧烈,岩爆体多为块体.
(2)中国,南盘江天生桥二级(坝索)水电站引水隧洞
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中铁十三局集团有限公司 联合体 岩性:厚层块状灰岩、白云岩。
单轴抗压强度:60~100MPa 。
埋深:130~760m 。
岩体初始应力:σ1=25.8MPa 。
岩爆特征:隧洞共3条,每条长9。
5km.灰岩、白云岩洞段长8km ,砂、泥岩洞段长1.5km 。
洞径9。
5~10.8m ,圆形断面,用掘进机和钻爆法两种方法施工。
岩爆发生在灰岩、白云岩洞段。
其主要特点是:
① 爆裂声微弱,无弹射现象。
在施工噪声干扰的情况下,很少听见岩爆声响,偶尔听到噼噼啪啪声,不干脆的劈柴撕裂声.顶板岩爆片自然落下,底板岩爆片仍堆积在原处。
② 岩爆在隧洞横断面上具对称性。
在掘进机施工洞段岩爆发生在洞壁的左上方及右下方,钻爆法施工洞段一般出现在洞两侧壁。
③ 岩爆多发生在距掌子面4~10m 的洞壁上,少数发生在掌子面上.持续时间24h,以后一般不再发生新的爆裂,仅在少数地方一个月后仍见脱块现象。
④ 岩爆规模可以分为以下三种类型:a 。
零星岩爆,面积0。
5×0.5~2×2m 2,零星分布在洞壁上(仍位于左上方及右下方);b.大面积岩爆,宽3~4m ,长(指沿洞线方向)10~20m;c.连续岩爆,宽2~3m ,长度大于10m ,长达100~150m ,在洞壁左上方及右下方各形成一条长沟;
⑤ 破裂面类型:
a 。
劈裂剥落:劈裂面平行洞壁,岩片厚一般为0。
5~15cm ,个别薄如纸片,边缘锋利。
掌子面上劈裂面平行掌子面,爆裂最大深度达1。
3m
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中铁十三局集团有限公司 联合体 (有裂隙面)。
b 。
板状破裂:完整岩体破裂成岩板,岩板呈叠瓦状排列,岩板厚(在钻爆法洞段)5~20cm ,个别厚达30~40cm 。
岩板与洞中心线夹角18°~20°,锐角指向掘进方向。
c 。
块状破裂:破裂缝如同板状破裂,破裂面呈雁行排列,与洞中心线夹角36°~40°,锐角指向掘进方向,岩块较厚(在掘进机施工洞段)普通30~40cm,还受横向破裂面切割形成岩块。
d. 磷片状破裂:类似板状破裂,只是岩片小而薄,岩片厚1~10cm ,破裂面与洞中心有两种情况,一种夹角为36°~40°爆裂较深,一种夹角18°~20°爆裂甚浅。
溶洞、暗河、大断层中断岩爆范围的延伸,较大的岩爆距溶洞、暗河、大断层的距离为18~30m 。
小规模的零星岩爆可出现在胶结好的断层带上及溶蚀裂隙旁边。
(3)中国,四川岷江渔子溪一级水电站引水隧洞
隧洞岩性为中粒、中细粒花岗闪长岩及闪长岩,单轴抗压强度为170MPa ,埋深250~600m,洞壁的切向应力为30~45MPa 。
岩爆特征为:
① 岩爆主要集中发生在隧洞的拱肩处或右边墙处(山体外缘一侧),裂隙走向与洞线成锐角相交,出现片状弹射。
崩落或呈笋皮状的薄片剥落.
② 新开挖的洞体,在24h 内顶板岩石的爆裂声最明显,之后逐渐减弱。
③ 岩爆一般持续1~2个月,以后逐渐减少或趋于停止,个别地段在一年后仍有岩爆发生。
(4)中国,成昆铁路
成昆铁路上的官村坝隧道(震旦系灰岩)、莲地隧道(火成岩、变质
10 中铁十三局集团有限公司 联合体 岩)、百家岭隧道(灰岩、白云岩)、沙木拉达隧道(砂岩)、窄板沟隧道岩爆特征:岩爆多在隧道施工爆破后一小时内发生,岩爆地点主要在新开挖的工作面及其附近顶板的牛角湾处,发生前常连续发出“噼啪”响声,爆出的岩块成片状弹射或剥离。
弹射距离一般2~3m ,射出来的岩块多为中间厚、周边薄的菱片。
开始拳头大小、速度很快,后渐为蚕豆般碎石四散弹射,最大体积为0.5×0.4×0.007m ,剥离的岩块体积可达2×1.3×0.2m.岩爆发生后有岩粉尾随出现,如烟雾状。
(5)挪威,霍扬阁-兰峡湾隧道
岩性:前寒武系片麻岩。
单轴抗压强度:60~200MPa 。
埋深:110m 。
岩体初始应力:σ1=34MPa ,σ3=8MPa.
岩爆特征:霍杨阁一端200m 处开始在拱顶和掌子面上发生剥落和偶然岩爆。
从450m 至贯通处埋深大的洞段边墙发生剥落和岩爆。
当隧道穿过断层带、破碎带和闪长岩透镜体时,剥落发生的位置也有一些变化。
(6)挪威,赫古拉公路隧道
岩性:片麻岩。
单轴抗压强度:67~210MPa.
岩体初始应力:σ1=24。
8MPa ,σ2=9.3MPa ,
σ3=6.6MPa.
岩爆特征:发生1~2级岩爆(拉森斯分级),围岩剥落,片落.
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中铁十三局集团有限公司 联合体 (7)挪威,Sewage 隧道
岩性:花岗岩。
洞壁应力:75.4MPa 。
岩爆特征:围岩发生劈裂.在岩爆最强烈处,连续劈裂发出噼噼啪啪的爆裂声。
(8)瑞典,Ritsem 厂房交通洞
岩性:糜棱岩。
埋深:130m 。
初始应力:σv =12~20MPa,σH =10MPa 。
岩爆特征:洞顶突然连续松脱。
洞壁产生垂直的平行岩板。
每月加深0.5m ,直至锚固.
(8)苏联,阿尔帕-塞凡隧洞
最大埋深:1230m 。
岩爆特征:岩爆和气喷。
岩石被抛到离工作面150m 远处,形成大空洞,个别容积近2500m3。
最大的空洞尺寸超过设计轮廓线25m.
(9)日本,关越隧道
岩性:石英闪长岩.
单轴抗压强度:236MPa 。
埋深:730~1050m 。
岩爆特征:在10。
9km 隧道中有1.1km 为岩爆危险区,岩爆有以下
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中铁十三局集团有限公司 联合体 特点:1.岩爆在石英闪长岩中频频发生,而在角页岩内几乎不发生,第一次岩爆大约45m 2的岩块从掌子面突出,爆裂深度达4m 。
岩爆特别集中,从汤泽洞口4420~4580m 、4725~4845m 、5180~5240m 区间内.2。
岩爆与地下水密切相关,在无漏水的北工区经常发生岩爆,而在涌水多的南工区,没有发生明显的岩爆。
3.岩爆在掌子面记录到的次数是1417次,侧壁只有16次。
侧壁岩爆发生在掌子面后方5~10m 左右的位置。
4.掌子面的岩爆多发生在左侧.5.岩爆在刚爆破后激烈,随后平静,有少数活化现象。
6.碴块放置一段时间,会变成碎片。
(10)日本,新清水隧洞
岩爆特征:岩爆发生在边墙及掌子面,岩片飞散.岩片0.2×0。
2~1。
2×2.5m 厚0.05~1。
0m ,开挖期剧烈,持续2~3月。
(11)格兰萨索公路隧道
岩性:泥灰岩、石英岩。
埋深:200~1200m 。
岩爆特征:在里程4085m 处,随着掌子面的推进,观察到如下几种现象:岩体中的渗透水逐渐减少:RQD 值逐渐减少到零;掌子面不稳定,其表现形式为大块石岩板发出爆裂声,并同时射出大量的岩石碎块。
破坏是沿节理发生的,而不是沿层面(具有不同程度的螺旋线面)、交叉层面以及显然稳定的岩层发生.在左隧道里程4240m 处(此处覆盖层厚1220m ),出现了断层密集交错的、特殊的地质构造特征;在几个爆破循环之后,大约过了15分钟,隧道的右壁突然发生岩爆,喷射出大量的岩块。
由于右侧壁发生岩爆,并向洞内喷入了大量的岩块,因此,造成拱顶岩石松动、掉落,并一直扩展到左侧起拱线,其塌落体积达几百m3。
在掌子面附近几米宽的
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中铁十三局集团有限公司 联合体 范围内岩爆最为严重,并沿右侧壁扩展,致使用钢筋和喷射混凝土支护的40m 长的一段右侧壁完全倒塌.
2.2. 岩爆的分类
为了保持围岩的稳定,保证地下洞室施工开挖的顺利进行,预防发生岩爆对机器设备和施工人员造成伤害,有目的地对影响围岩稳定的岩爆进行分类是十分有意义的事情.
岩爆的特征可以从多个角度去描述它,因而可以从多方面进行分类或分级。
比如,根据一次岩爆所释放出的能量的大小,可以象划分地震级那样将其分级。
又比如根据一次岩爆弹射岩片的大小和体积多少可以分级.
已见的岩爆分类方法有以下几种:
(1)按变量系数分类法
应用岩体力学知识,提出了应力释放的岩爆变量系数,从而评价围岩的稳定性.岩爆变量系数表达式如下:
)cos (max 2
ασ
P KW E = (2—1) 式中 KW ——岩爆变量系数(MPa );
σmax -—应力场最大主应力(MPa );
P-—侧应力系数(水平应力/垂直应力);
E ——弹性模量(MPa);
α-—主应力水平夹角。
按变量系数KW 进行分类:
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当KW 〈0。
1 为围岩稳定,预测无岩爆发生
当KW=0。
1~0。
3 为围岩基本稳定,预测可能发生弱岩爆
当KW>0。
3~0。
6 为围岩稳定性差,预测可能发生中等岩爆
当KW>0.6 , 为围岩稳定性很差,预测可能发生强烈岩爆
(2)按岩爆活动性分类法
挪威的罗申斯(Russenes )将岩爆的活动性分为四级,其具体分级如表2所示.
表2 岩爆分级表
(3)按岩爆特征分类法(一)
根据上述公式和分级,结合我国的一些大中型水电工程所发生的岩爆特征,提出岩爆分类,如表3所示。
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表3 岩爆分类表
(4)按岩爆特征分类法(二)
我国的汪泽斌从工程实践的观点出发,提出主要根据感官感觉到的岩爆特征,着眼于危害方式,危害程度,防治对策等因素进行分类的方法.这样分类的优点在于不受有否详细的仪器测试资料的限制。
这种分类还有一个考虑就是试图用各种模式来描述岩爆的特征及发生机理.该分类法分为:破裂松脱型,爆裂弹射型,爆炸抛实型,冲击地压型,远围岩地震型,断裂地震型六种型式.
1)破裂松脱型
围岩成块、板、鳞片状爆裂,爆裂声响微弱,偶然可听见劈劈啪啪响声,弹射距离很小,在顶板岩爆块主要是坠落,在底板岩爆板堆积在原处.
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中铁十三局集团有限公司 联合体 典型代表如:
① 南盘江天生桥二级(坝索)水电站引水隧洞.
隧洞共3条,每条长9.5km.灰岩、白云岩洞段长8km ,砂、泥岩洞段长1。
5km 。
洞径9。
5~10.8m ,圆形断面,用掘进机和钻爆法两种方法施工.岩爆发生在灰岩、白云岩洞段,其主要特点是:
a 。
爆裂声微弱,弹射很小,在施工噪声干扰情况下,很少听见岩爆声响,偶而听见劈劈啪啪声、不干脆的劈柴撕裂声、冰层开裂声,顶板岩爆片自然落下,部分地段有弹射现象,底板岩爆片仍堆积在原处。
b. 岩爆在隧洞横断面上具对称性。
掘进机施工洞段岩爆发生洞壁上方及右下方(面对掌子面)两爆裂坑中心连线倾角67°~90°,钻爆法施工洞段部分洞段的两侧壁,部分在右顶部.
c. 岩爆多数发生在距掌子面4~10m 的洞壁上,少数发生在掌子面上,岩爆活跃期为半小时至数小时,持续时间24小时,以后一般不再发生新的爆裂,仅少数地方一个月后仍见脱块现象。
d 。
岩爆破裂可分以下三种类型:A :零星岩爆:面积0.5×0.5~2×2m 2,零星分布在洞壁上(仍位于左上方及右下方)。
B :大面积岩爆,宽3~4m ,指沿洞线方向长10~20m.C:连续岩爆宽2~3m ,长度大于10m ,长达100~150m,在洞壁左上方以右下各形成一条长沟。
沿洞线方向的延续性为溶断、断层等地质体中断。
e. 岩爆破裂坑的深度主要受围岩应力和强度控制,在厚层块状、整体状白云洞段,岩石单轴抗压强度达100~120MPa 。
岩体初始应力虽达31MPa,爆裂坑深度仅为0.5~0.8m.而在角砾状灰岩洞段,由于角砾状灰岩中有方解石细脉穿插,岩体初始应力25MPa ,岩爆坑深度却达1.5~2.0m ,当薄层
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中铁十三局集团有限公司 联合体 —-中厚层泥质条带灰岩(含碳岩)层面平行洞壁最大切应力时,岩爆深度亦很大,达1~2m 。
f. 距大溶洞、暗河、断层带18~30m 范围内无大岩爆产生,但小规模零星岩爆可以出现在胶结好的断层带上及溶蚀裂隙旁边。
② 瑞典Vietas 水电站2、3号发电洞。
两条隧洞中岩爆的特征皆为劈裂,有平啪声,开裂声。
劈裂面大多数平行掌子面。
在2号隧洞中岩爆发生在前寒武系基底岩中,劈裂面平行于横交洞线的陡倾(60~85°)层面(母岩层面清晰,但未曾破裂)。
3号隧洞为寒武系水平粉砂岩,岩爆产生两组破裂面,一组沿层面,层面充填石英、方解石、绿泥石,开挖时这些层面张开,在洞顶超挖,形成平顶。
另一组破裂面平行掌子面,垂直或陡倾,倾向东,间距15~60cm ,偶然可见间距小于5cm 。
2)爆裂弹射型
其岩爆特征是:岩片弹射及岩粉喷射,爆裂声响如枪声,弹射岩片最大不超过1/3m 3,有5~10cm 直径者,拳头大小者,粉末烟雾者.危害主要为弹射岩片伤人,于机械、隧道无多大影响。
典型代表如:
① 渔子溪一级电站引水隧洞出现片状弹射、崩落或呈笋皮状的薄片剥落;新开挖的洞体,在24小时内顶板岩石的爆裂声最明显,之后逐渐减弱;岩爆一般持续1~2个月,以后逐渐减少或趋于停止,岩石表面逐渐变潮。
个别地段在一年以后仍有岩爆发生。
② 成昆铁路上的官村坝隧道、莲地隧道、沙本拉达隧道、窄板沟隧道、百家岭隧道。
岩爆多在隧道施工后一小时内发生,岩爆地点主要在新开挖的工作面
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中铁十三局集团有限公司 联合体 及其附近顶板的尖角处,发生前常连续发出“霹啪”响声.爆出的岩块成片状弹射或剥离。
弹射距离一般2~3m ,射击出来的岩块,多为中间厚,周边薄的菱片。
开始拳头大小,速度很快,后渐为蚕豆般碎石四散弹射,最大体积为0。
5×0。
4×0.007m,剥离的岩块体积可达2×1.3×0.2m ,岩爆发生后有岩粉尾随出现,如烟雾状,发生岩爆后的洞壁岩面一般光滑平整。
属于这种类型还有挪威的H φyanger-Lanefjord 隧道、Heggura 公路隧道、污水隧道、瑞典Juktan 抽水蓄能电站隧洞、Forsmark 核电站隧洞、苏联的拉斯丰恰尔矿、基洛夫矿等.
3)爆炸抛实型
巨石抛射,声响如炮弹,抛石体积数立方米,至数十立方米.抛射距离数米至一、二十米,抛石对机械、支撑有损害,但震动不造成大的损害,如:挪威Sima 地下电站,洞壁呈蛋壳状劈裂,有严重的弹射现象,一次2×2×0。
5m 岩块抛射20m,击中对壁。
又如日本关越隧道一次大岩爆,从掌子面抛出45m 3岩块,爆裂深度达4m ,在岩爆特别集中的340m 洞段,发生岩爆1433次,(其中掌子面1417次,侧壁16次).再如日本的新清水隧道,岩爆发生在边墙及掌子面,岩片飞散,岩片0。
2×0.2~1.2×2.5m,厚0。
05~1。
0m ,开挖期剧烈,持续2~3月。
冲击地压型、远围岩地震型、断裂地震型多发生在煤矿施工过程之中,在此不再多叙.
3. 岩爆的断裂破坏机制
岩爆的原因是具高蓄能特性的硬脆性岩体中,积蓄的应变能突然释放,发生的过程却是岩体的断裂破坏。