岩爆产生及预防措施论文

浅谈岩爆的产生及预防措施

摘要：总结了岩爆在发生时间、空间、岩性与岩体结构等方面的主要特征，共同探讨了岩爆产生的条件以及岩爆的预防和处理方法，对我国公路、水利水电地下洞室等准确判别高应力条件下岩爆的破坏性和采取有效地措施来防治岩爆以及保证施工安全有着重要意义。

关键词：岩爆岩爆特点产生条件预防处理措施

中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：

岩爆

岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是围岩承受不了过高集中的应力而突发的失稳破坏现象。

岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚

积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。

岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，烈度可达7-8度，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和

弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。

岩爆特点

1．岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，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，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。

2．岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面1～3倍洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。

3．岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，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。

5．由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。6.按公路隧道围岩分类规范（jtj026—090),岩爆段围岩类别均为ⅳ、 v类，节理很发育的ⅱ、ⅲ类围岩不会发生岩爆活动，岩爆具有很明显的岩体结构效应。

7.岩爆段岩体表面十分干燥，并具有似烘干样光泽；有地下水的部位则不发生岩爆活动。

8.岩爆随时间的延续均有向深部发展的趋势，故应及时采取合理有效的喷锚初期支护加固围岩措施。

9.在隧道二次衬砌作永久支护前，岩爆可以分为严重期、延续期、基本稳定期3个活动阶段。岩爆严重期，爆破后4h内，掌子面附近洞段岩爆十分频繁，为岩爆活动最危险时期；爆破4h后至开挖一周内，洞周应力调整频繁，仍为岩爆活动时期，应及时采取挂网喷锚支护；开挖一周后至4个月内，洞周应力活动渐趋减少，可不定发生岩爆，并伴有大量剥离掉块现象，此时期对洞室破坏性也较大，应采取补充加固围岩措施；开挖4个月后，洞周应力调整基本上趋于稳定，但一旦强烈扰动仍会触发岩爆。

10.当围岩内部发出清脆的爆裂撕裂声响时，岩爆力学机制表现为压致拉裂型破坏类型l2，多平行洞壁发生且仅涉及表层岩体，岩爆岩块以薄片状、透镜状等形状爆裂剥离下来；当围岩内部发出沉闷爆裂声且声响浑浊时，岩爆力学机制主要表现为压致剪切拉裂型破坏l2j，具有新鲜的楔形、弧形断口，岩爆岩块上可见不同程度的擦痕形迹。它持续时间较长且具有累进性发育特征，破坏性较大。岩爆产生的条件

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，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；

2．围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小；

3．埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；

4．地下水较少，岩体干燥；

5．开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带；

6.岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中，岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆；岩体中节理密度和张开度对岩爆也有明显的影响；掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。

判断岩爆发生的应力条件

1．用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴抗压强度σc之比值进行分析；

2．用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。

围岩应力条件

经验公式：σ1/σc>0.165～0.35(或σc/σ1>6.06～2.86)的脆性岩体最易发生岩爆。

岩爆预防及处理

首先，预防岩爆可能发生的洞段。一般是地应力高或局部集中地段夹在软岩中的硬岩，并且发生在坚硬质岩石（如花岗岩、砂岩等）、岩石比较完整节理裂隙少的洞段。一般工程设计阶段，可以根据山岩压力和基本岩石类别初步判断其大概位置，在施工前采取积极主

动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在埋深大的隧洞、较陡的斜坡、山坡角处、洞体体形变化段、地震、构造活动地段，一般水平地应力大于自重应力，是最容易发生岩爆的工程部位。在高应力地段施工中可采用以下技术措施：

1．在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。详细的地质勘察和评价是预测的关键，有条件还可以安排钻孔地应力测量，常用水力劈裂法。

2．在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。

3．打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水淋水等，使岩石软化，使地应力缓慢释放，降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔，钻孔直径为45mm，每循环可布置4～8个孔，深度5～10m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度1～3m不等。必要时，若预测到的地应力较高，可