岩爆发生条件的基本分析(精)

岩爆发生条件的基本分析

张志强关宝树翁汉民

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提要 , 得出了判断岩爆发生的基本条件 , I I 线出口段已发生岩 , . 2 U 458. 1

Basic Analysis of Rock Bursti ng Occurrence Cond ition

Zhang Zh iqiang Guan B ao shu W en H anm ing

(D ep t . of U nderground and Geo technical Engineering , Southw est J iao tong U niversity , Chengdu 610031, Ch ina

Abstract B ased on the statistics , analysis and inducti on of the cases of rock bu rsting occu r 2rence in tunneling engineering at hom e and ab road , the basic conditi on s fo r deter m in ing the po ssib ility of rock bu rsting occu rrence are p ropo sed in th is p aper . Fu rther m o re , the basic con 2diti on s are tested and verified th rough analysing the rock bu rsting occu rrence regi on in the II line of the Q in ling T unnel and reach ing a better resu lt . Keywords rock bu rsting ; in itial stress ; tunnel excavati on

岩爆是岩体中聚集的高弹性应变能 , 因开挖而产生的一种具有代表性的应力释放现象。岩

爆是突发性的 , 岩体急剧破坏 , 岩片由岩体表面上突发性地飞出 , 而且大都发生在隧道掌子面附近及侧壁上 , 与塌顶和坍方有明显区别。随着我国铁路、公路、水电建设的不断发展 , 隧道已经向长大、深埋方向发展。近几年来 , 长度超过 10km 以上的隧道工程不断涌现 , 例如 18. 4km 的秦岭西康线铁路隧道 , 12km 的长粱山铁路隧道 , 10km 左右的太平驿水工隧洞等 , 这些隧道的埋置深度大多在800~1000m 以上 , 有些甚至超过 2000m 。此外 , 由于地质活动的影响 , 隧道可能穿

过高地应力区等 , 在隧道施工过程中发生岩爆的可能性大为增加。为减小岩爆造成的损失 , 安全而经济地施工 , 研究岩爆发生的基本条件是很有必要的。

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从工程实例看岩爆的发生

表 1列出国内外曾经发生岩爆的一些隧道工程的概况 , 从中对岩爆发生的条件或许可以找出一些可供参考的规律。表 1中参数Ρc 表示岩石单轴抗压强度 ; I s 表示点荷载强度; Ρm in 、Ρm ax 分别表示地应力的最小值和最大值。

收修改稿日期 :1998203216张志强男 1968年出生博士后西南交大地下工程与岩土工程系邮编 :610031

第 20卷第 4期铁道学报

V o l . 20 N o. 4

国内外隧道工程发生岩爆的统计表 1隧道名称埋深 m 断面积 m 2地质条件Ρc M Pa I s M Pa Ρm in M Pa Ρm ax M Pa 挪威赫古拉公路隧道最大 70038. 6前寒武纪片麻岩 100~2504. 5~1118. 925. 0挪威兰峡湾公路隧道 200~150050. 0片麻岩、花

岗片麻岩、片麻闪长岩 60~2002. 7~9. 09. 034. 0挪威西玛水电站地下厂房 700800花岗岩、花岗片麻岩 1808. 319. 548. 8瑞典维泰斯引水隧洞 250——粉砂岩、石英岩 803. 66. 850. 0~70. 0瑞典 H eadrace 隧道 30067石英岩 2008. 8. . 028. 0南非金矿 1437~2404——石英岩 198~2300060. 065. 0美国 Galena 金矿 1200—— 1757. 7.

52. 0南非 Ho ist 地下洞室 1450130~230. 39. 044. 3挪威 E ikesdal 公路隧道 80036( 8. 821. 230. 6日本关越公路隧道 750~10508523610. 716. 289. 0瑞典捷克坦水工隧洞

1808. 350. 0125. 0挪威 Se w age 130花岗岩 1808. 33. 535. 0 000—石英闪长岩 1838. 027. 089. 0 1000——硅质灰岩 1205. 526. 035. 0 200~650——中粒和中细粒花岗闪长岩 707. 711. 530. 0~45. 0花岗岩 1607. 011. 530. 0~45. 0中国天生桥引水隧洞40072~92灰岩、白云岩、砂岩 1155. 7415. 131. 2中国锦屏水电地质探洞

559~5758~9中粗晶大理岩、花斑状大理岩 105~1604. 6~7. 015. 125. 6中国二滩工程 770——正长岩、玄武岩 160~1707. 0~7. 4520. 830. 0~35. 0中国太平峰水工隧洞 >30072~92花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩 190~2008. 510. 230. 7前苏联 X 矿山1740——磷霞岩 1807. 937. 0~57. 050. 5前苏联基洛夫矿 >700——花岗岩 2008. 819. 050. 5美国 CAD A 矿 2400——石英岩 1908. 366. 064. 4美国 CAD B 矿1900——石英岩 1908. 352. 053. 8美国 CAD C 矿 1200——石英岩 1898. 331. 639. 1美国加利纳矿 1700——石英岩 1807. 945. 749. 6通过对已发生岩爆的地下工程的施工调查 , 可初步归纳出以下几点 :

(1 从开挖的坑壁 , 岩块迅速飞出。严重时 , 整个掌子面瞬间压坏 ;

(2 在世界各地的深矿山中经常发生 ;

(3 在非常深的矿山中 , 也有衬砌瞬间发生破坏的情况。此时 , 多是由于附近的矿山开挖所致 ;

(4 在 700m 以上埋深的情况发生的居多 , 200m 左右也有发生的实例 ;

(5 视岩质情况发生的方式不同。例如 , 日本清水岭下的 4座隧道 , 关越隧道在页岩中就没有发生 , 而在石英闪长岩中则发生多次 ;

(6 有涌水时不发生 ;

(7 与地层的方向、节理、夹层等强烈相关 , 例如在顺层情况下发生较多 ;

(8 爆落块的大小各式各样 , 但多是扁平的 ;

(9 掌子面的岩爆多。掌子面打锚杆后 , 可防止岩爆 ;