巖爆是岩石工程中圍巖體的突然破壞,並伴隨著巖體中應變能的突然釋放,是一種岩石破裂過程失穩現象。 巖爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現象,當巖體中聚積的高彈性應變能大於岩石破壞所消耗的能量時,破壞了巖體結構的平衡,多餘的能量導致岩石爆裂,使岩石碎片從巖體中剝離、崩出。
巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、裝置損壞和人員傷亡,已成為岩石地下工程和岩石力學領域的世界性難題。輕微的巖爆僅剝落巖片,無彈射現象。嚴重的可測到4.6級的震級,一般持續幾天或幾個月。發生巖爆的原因是巖體中有較高的地應力,並且超過了岩石本身的強度,同時岩石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了巖體的平衡,強大的能量把岩石破壞,並將破碎岩石丟擲。預防巖爆的方法是應力解除法、注水軟化法和使用錨栓-鋼絲網-混凝土支護。 1.近代構造活動山體內地應力較高,巖體內儲存著很大的應變能,當該部分能量超過了硬岩石自身的強度時;
2.圍巖堅硬新鮮完整,裂隙極少或僅有隱裂隙,且具有較高的脆性和彈性,能夠儲存能量,而其變形特性屬於脆性破壞型別,當應力解除後,回彈變形很小;
3.埋深較大(一般埋藏深度多大於200m)且遠離溝谷切割的卸荷裂隙帶;
4.地下水較少,巖體乾燥;
5.開挖斷面形狀不規則,大型洞室群岔洞較多的地下工程,或斷面變化造成區域性應力集中的地帶。 巖爆大都發生在褶皺構造的堅硬岩石中。
巖爆與斷層、節理構造密切相關。當掌子面與斷裂或節理走向平行時,極容易觸發巖爆。
巖體中節理密度和張開度對巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量岩脈穿插時,也可能發生巖爆。 1.用洞壁的最大環嚮應力σθ與圍巖單軸抗壓強度σc之比值進行分析;
2.用天然應力中的最大主應力σ1與巖塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。 採取積極主動的預防措施和強有力的施工支護,確保巖爆地段的施工安全,將巖爆發生的可能性及巖爆的危害降到最低。在高應力地段施工中可採用以下技術措施:
1.在施工前,針對已有勘測資料,首先進行概念模型建模及數學模型建模工作,透過三維有限元數值運算、反演分析以及對隧道不同開挖工序的模擬,初步確定施工區域地應力的數量級以及施工過程中哪些部位及里程容易出現巖爆現象,最佳化施工開挖和支護順序,為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據。
2.在施工過程中,加強超前地質探測,預報巖爆發生的可能性及地應力的大小。採用上述超前鑽探、聲反射、地溫探測方法,同時利用隧道內地質編錄觀察岩石特性,將幾種方法綜合運用判斷可能發生巖爆高地應力的範圍。
3.打設超前鑽孔轉移隧道掌子面的高地應力或注水降低圍巖表面張力超前鑽孔可以利用鑽探孔,在掌子面上利用地質鑽機或液壓鑽孔臺車打設超前鑽孔,鑽孔直徑為45mm,每迴圈可佈置4~8個孔,深度5~10m,必要時也可以打設部分徑向應力釋放孔,鑽孔方向應垂直巖面,間距數十釐米,深度1~3m不等。必要時,若預測到的地應力較高,可在超前探孔中進行鬆動爆破或將完整巖體用小炮震裂,或向孔內壓水,以避免應力集中現象的出現。
4.在施工中應加強監測工作,透過對圍巖和支護結構的現場觀察、透過對輔助洞拱頂下沉、兩維收斂以及錨杆測力計、多點位移計讀數的變化,可以定量化地預測滯後發生的深部衝擊型巖爆,用於指導開挖和支護的施工,以確保安全。
5.在開挖過程中採用“短進尺、多迴圈”,同時利用光面爆破技術,嚴格控制用藥量,以儘可能減少爆破對圍巖的影響並使開挖斷面儘可能規則,減小區域性應力集中發生的可能性。在巖爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內。
6.加強施工支護工作
支護的方法是在爆破後立即向拱部及側壁噴射鋼纖維或塑膠纖維混凝土,再加設錨杆及鋼筋網。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨杆進行支護。襯砌工作要緊跟開挖工序進行,以儘可能減少岩層暴露的時間,減少巖爆的發生和確保人身安全,必要時可採取跳段襯砌。同時應準備好臨時鋼木排架等,在聽到爆裂響聲後,立即進行支護,以防發生事故。
7.對發生巖爆的地段,可採取在巖壁切槽的方法來釋放應力。以降低巖爆的強度。
8.在巖爆地段施工對人員和裝置進行必要的防護,以保證施工安全。 1.岩石砂岩為主,岩石堅硬幹燥,在未發生前,無明顯的徵兆,雖經過仔細尋找,並無空響聲,一般認為不會掉落石塊的地方,會突然發生岩石爆裂聲響,石塊一般應聲而下。
2.巖爆發生的地點多在新開挖的掌子面及距離掌子面1~3倍洞徑範圍內,個別的也有距新開挖工作面較遠。
3.巖爆時圍巖破壞的規模,小者幾釐米厚,大者可達數噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的魚鱗片狀脫落,脫落面多與巖壁平行。
4.巖爆圍巖的破壞過程,一般新鮮堅硬巖體均先產生聲響,伴隨片狀剝落的裂隙出現,裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出,屬於表部巖爆。
5.由於爆破振動影響,造成開挖洞段應力重新分佈,造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。
巖爆是岩石工程中圍巖體的突然破壞,並伴隨著巖體中應變能的突然釋放,是一種岩石破裂過程失穩現象。 巖爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現象,當巖體中聚積的高彈性應變能大於岩石破壞所消耗的能量時,破壞了巖體結構的平衡,多餘的能量導致岩石爆裂,使岩石碎片從巖體中剝離、崩出。
巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、裝置損壞和人員傷亡,已成為岩石地下工程和岩石力學領域的世界性難題。輕微的巖爆僅剝落巖片,無彈射現象。嚴重的可測到4.6級的震級,一般持續幾天或幾個月。發生巖爆的原因是巖體中有較高的地應力,並且超過了岩石本身的強度,同時岩石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了巖體的平衡,強大的能量把岩石破壞,並將破碎岩石丟擲。預防巖爆的方法是應力解除法、注水軟化法和使用錨栓-鋼絲網-混凝土支護。 1.近代構造活動山體內地應力較高,巖體內儲存著很大的應變能,當該部分能量超過了硬岩石自身的強度時;
2.圍巖堅硬新鮮完整,裂隙極少或僅有隱裂隙,且具有較高的脆性和彈性,能夠儲存能量,而其變形特性屬於脆性破壞型別,當應力解除後,回彈變形很小;
3.埋深較大(一般埋藏深度多大於200m)且遠離溝谷切割的卸荷裂隙帶;
4.地下水較少,巖體乾燥;
5.開挖斷面形狀不規則,大型洞室群岔洞較多的地下工程,或斷面變化造成區域性應力集中的地帶。 巖爆大都發生在褶皺構造的堅硬岩石中。
巖爆與斷層、節理構造密切相關。當掌子面與斷裂或節理走向平行時,極容易觸發巖爆。
巖體中節理密度和張開度對巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量岩脈穿插時,也可能發生巖爆。 1.用洞壁的最大環嚮應力σθ與圍巖單軸抗壓強度σc之比值進行分析;
2.用天然應力中的最大主應力σ1與巖塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。 採取積極主動的預防措施和強有力的施工支護,確保巖爆地段的施工安全,將巖爆發生的可能性及巖爆的危害降到最低。在高應力地段施工中可採用以下技術措施:
1.在施工前,針對已有勘測資料,首先進行概念模型建模及數學模型建模工作,透過三維有限元數值運算、反演分析以及對隧道不同開挖工序的模擬,初步確定施工區域地應力的數量級以及施工過程中哪些部位及里程容易出現巖爆現象,最佳化施工開挖和支護順序,為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據。
2.在施工過程中,加強超前地質探測,預報巖爆發生的可能性及地應力的大小。採用上述超前鑽探、聲反射、地溫探測方法,同時利用隧道內地質編錄觀察岩石特性,將幾種方法綜合運用判斷可能發生巖爆高地應力的範圍。
3.打設超前鑽孔轉移隧道掌子面的高地應力或注水降低圍巖表面張力超前鑽孔可以利用鑽探孔,在掌子面上利用地質鑽機或液壓鑽孔臺車打設超前鑽孔,鑽孔直徑為45mm,每迴圈可佈置4~8個孔,深度5~10m,必要時也可以打設部分徑向應力釋放孔,鑽孔方向應垂直巖面,間距數十釐米,深度1~3m不等。必要時,若預測到的地應力較高,可在超前探孔中進行鬆動爆破或將完整巖體用小炮震裂,或向孔內壓水,以避免應力集中現象的出現。
4.在施工中應加強監測工作,透過對圍巖和支護結構的現場觀察、透過對輔助洞拱頂下沉、兩維收斂以及錨杆測力計、多點位移計讀數的變化,可以定量化地預測滯後發生的深部衝擊型巖爆,用於指導開挖和支護的施工,以確保安全。
5.在開挖過程中採用“短進尺、多迴圈”,同時利用光面爆破技術,嚴格控制用藥量,以儘可能減少爆破對圍巖的影響並使開挖斷面儘可能規則,減小區域性應力集中發生的可能性。在巖爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內。
6.加強施工支護工作
支護的方法是在爆破後立即向拱部及側壁噴射鋼纖維或塑膠纖維混凝土,再加設錨杆及鋼筋網。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨杆進行支護。襯砌工作要緊跟開挖工序進行,以儘可能減少岩層暴露的時間,減少巖爆的發生和確保人身安全,必要時可採取跳段襯砌。同時應準備好臨時鋼木排架等,在聽到爆裂響聲後,立即進行支護,以防發生事故。
7.對發生巖爆的地段,可採取在巖壁切槽的方法來釋放應力。以降低巖爆的強度。
8.在巖爆地段施工對人員和裝置進行必要的防護,以保證施工安全。 1.岩石砂岩為主,岩石堅硬幹燥,在未發生前,無明顯的徵兆,雖經過仔細尋找,並無空響聲,一般認為不會掉落石塊的地方,會突然發生岩石爆裂聲響,石塊一般應聲而下。
2.巖爆發生的地點多在新開挖的掌子面及距離掌子面1~3倍洞徑範圍內,個別的也有距新開挖工作面較遠。
3.巖爆時圍巖破壞的規模,小者幾釐米厚,大者可達數噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的魚鱗片狀脫落,脫落面多與巖壁平行。
4.巖爆圍巖的破壞過程,一般新鮮堅硬巖體均先產生聲響,伴隨片狀剝落的裂隙出現,裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出,屬於表部巖爆。
5.由於爆破振動影響,造成開挖洞段應力重新分佈,造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。