地下工程岩爆发生条件研究
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。
岩爆的预防及处理
仅供参考[整理] 安全管理文书岩爆的预防及处理日期：__________________单位：__________________第1 页共7 页岩爆的预防及处理（1）岩爆产生条件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；②围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小；③具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m；④无地下水，岩体干燥；⑤开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。
⑥在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆。
（2）岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点：①在未发生前，并无明显的征兆，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，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。
②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的2～3小时，24小时内最为明显，延续时间一般1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。
③岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。
石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，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，伴随片第 2 页共 7 页状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。
（3）岩爆的现场预测预报①地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌，对该区的地形情况有一个总体的认识，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区，另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。
依据地质理论，在地壳运动的活动区有较高的地应力，在地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强的地区，自重应力也较大。
岩爆研究现状和趋势
岩爆研究现状和趋势下面为大家总结了一些关于岩爆研究现状和趋势，一起来看一下吧！1 引言岩爆是高地应力条件下地下岩体工程开挖过程中，由于开挖卸荷引起围岩内应力场重新分布，导致储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放，并产生爆裂、松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象的一种动力失稳地质灾害，它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。
2 岩爆机理研究2.1 强度理论早期的强度理论着眼于岩体的破坏原因。
认为地下井巷和采场周围产生应力集中，当应力集中的程度达到矿岩强度极限时，岩层发生突然破坏，发生岩爆。
近代强度理论认为：导致岩体承受的应力σ与其强度σ'的比值，即σ/σ'≥1时，导致岩爆发生。
2.2 能量理论20世纪60年代中期，库克等人在总结南非金矿岩爆研究成果的基础上提出了能量理论。
他们指出：随着采掘范围的不断扩大，岩爆是由于岩体-围岩系统在其力学平衡状态破坏时，系统释放的能量大于岩体本身破坏所消耗的能量而引起的。
这种理论较好地解释了地震和岩石抛出等动力现象。
2.3 刚度理论20世纪60年代中期，Cook和Hodgei发现，用普通压力机进行单轴压缩实验时猛烈破坏的岩石试件，若改用刚性试验机试验，则破坏平稳发生而不猛烈，并且有可能得到应力-应变全过程曲线。
他们认为，试件产生猛烈破坏的原因是试件的刚度大于试验机(即加载系统)的刚度。
20世纪70年代Black将刚度理论用于分析美国爱达荷加利纳矿区的岩爆问题。
认为矿山结构(矿体)的刚度大于矿山负荷(围岩)的刚度是产生岩爆的必要条件。
佩图霍夫认为，岩爆发生是因为岩体破坏时实现了柔性加载条件。
在他的研究中也引入了刚度条件，并且明确认为矿山结构的刚度是峰值后载荷-变形曲线下降段的刚度。
2.4 岩爆倾向理论岩石本身的力学性质是发生岩爆的内因条件。
用一个或一组与岩石本身性质有关的指标衡量矿岩的岩爆倾向强弱，这类理论就是所谓的岩爆倾向理论。
岩爆发生规律及防治措施
岩爆发生的规律：岩爆发生在质地坚硬、强度高、干燥无水、高应力区的脆性岩体中。
在隧道开挖形成的新临空面附近。
初始应力由原来的三向状态转变为两向应力状态，并在开挖壁上局部应力集中，若壁面集中的最大切向应力达到某一临界应力时，岩爆灾害才会发生。
因此，可以说工程施工是岩爆发生的诱发条件。
不同的开挖方法，造成的壁面局部应力集中的程度和部位不同，所以不同的岩爆特征及危害程度也是不同的。
岩爆发生有以下几个规律：1、岩爆最强部位是距掌子面1-3B（B为硐径）。
发生岩爆要比开挖落后，岩爆发生时，就发出“啪-啪-”的或撕裂的声音，随后是片状岩块爆落下来，并有不同程度的弹射，弹射距离与岩爆等级有关，从1-2M甚至超过20M，岩爆岩块多呈片状、透镜状、棱块状，少数为板状，块体大小一般为0.15-0.3M，宽0.1-0.2M，厚0.05-0.1M，大的岩块可长达 1.0-1.5M，宽0.5-0.7M，厚0.1-0.2M。
2、岩爆发生一般分期发生，其特点分别为：岩爆严重期。
暴裂后2-4小时，开始在掌子面岩爆发生频繁，经常有薄片状、透镜状、的岩块清脆的剥落声，若岩性致密时，会出现闷雷声，这种现象4小时至开挖后一周内出现。
延缓期：一个星期至八个星期为延缓期。
岩爆不定期发生，没有规律可循，这个时期对隧道的影响很大，防不胜防，经常发生掉块坍方向现象，所以把这段时间称为破坏期。
稳定期：八个月至一年之后为稳定期，但是在稳定期期间，一旦有扰动，仍有可能发生岩爆。
3、通过对岩爆坑的察看可知，岩爆爆裂面整体呈阶梯状V形断面，爆裂面以新鲜破裂面为主，少数迁就原生节理面，破裂面主要沿两个方向发生，一组破裂面与开挖洞壁面平行，破裂角0~5度，另一组破裂角与洞壁斜交，夹角为20~25度，在新鲜的破裂面上可见定向排列的破裂纹，他与隧道切向应力方向大致平行。
4、通过对有些隧道岩爆的岩体破坏特征与室内试件受压时的破坏特征对比分析表明，岩爆破坏特征与室内有端面约束的轴向变形或荷载控制下岩石试件受压破坏特征十分相似。
高地应力下地下工程岩爆机理及应用研究的开题报告
高地应力下地下工程岩爆机理及应用研究的开题报告一、课题背景随着我国经济的快速发展，地下工程的建设也在不断增加。
然而，在地下工程建设过程中，岩爆事故一直是影响施工质量和进度的重要因素之一，尤其是在高地应力的复杂工程岩体中，岩爆事故的风险更加严重。
因此，深入研究高地应力下地下工程岩体的岩爆机理及其影响因素，对于提高地下工程施工的安全和效率具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的主要是：1.对高地应力下地下工程岩体的岩爆机理进行深入研究，探讨高地应力对岩爆机理的影响因素及机理。
2.利用数值模拟方法，模拟高地应力下岩体的变形和破裂过程，评估岩体抗爆性能，并探索减少岩爆风险的技术手段。
3.结合实际地下工程案例，分析并总结高地应力下地下工程岩体岩爆事故的典型特征和危险因素，并提出相应的防范措施。
三、研究内容本研究的主要内容包括：1.理论研究：对高地应力下岩体的力学性质和岩石破裂机理进行研究，探讨高地应力对岩爆机理的影响因素及机理。
2.数值模拟：利用数值模拟方法，模拟高地应力下岩体的变形和破裂过程，评估岩体抗爆性能，并探索减少岩爆风险的技术手段。
3.工程案例分析：结合实际地下工程案例，分析并总结高地应力下地下工程岩体岩爆事故的典型特征和危险因素，并提出相应的防范措施。
四、研究方法1.理论研究：通过文献资料查阅和实验研究，探究高地应力下岩体的力学性质和岩石破裂机理，对影响岩爆机理的因素进行分析，从而探究高地应力对岩爆机理的影响。
2.数值模拟：利用ANSYS等软件进行数值模拟，模拟高地应力下岩体的变形和破裂过程，评估岩体抗爆性能，分析减少岩爆风险的技术手段。
3.工程案例分析：通过实地调查和案例研究，总结高地应力下地下工程岩体岩爆事故的典型特征和危险因素，并提出相应的防范措施。
五、预期结果本研究的预期结果包括：1.深入理解高地应力下岩体的力学性质和岩石破裂机理，探索高地应力对岩爆机理的影响因素及机理，为岩体稳定性分析提供理论依据。
地下工程施工中岩爆发生的判据及防治方法
地下洞室施工中岩爆的预测及防治方法（锦屏建设管理局工程一部周洪波）【题记】锦屏工程中有大量的地下工程，包括公路隧道、辅助洞、一二级地下厂房、二级引水隧洞等，岩爆是地下洞室开挖施工过程中应特别注意的问题。
本文总结了岩爆的特征、类型及分级，对引发岩爆的因素进行分析和归纳，并总结了岩爆可能发生的判据，由此可对岩爆的发生进行预测；通过对岩爆发生因素的分析及判据的总结，本文还总结了一些岩爆的防治措施，可在地下洞室施工中借鉴和应用。
岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象，迄今为止，人们对其形成机理还无统一认识。
一般认为，岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中，因开挖卸荷引起洞室周边围岩产生应力分异作用，储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂脱落、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种常见动力失稳施工地质灾害。
它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。
为此，对在地下洞室开挖过程中是否发生岩爆和可能在哪些部位发生岩爆作出预测和判断，并制定必要的防治措施，以维持围岩稳定和施工安全十分重要。
一、岩爆的特征、类型及分级岩爆是岩体中聚积的高弹性应变能的一种具有代表性的释放现象。
岩爆是突发性的，主要表现为岩体急剧破坏，岩块由岩体表面上突然飞出，而且大部分发生在掌子面及附近的边墙上，与塌方、坍顶有明显不同。
简单地说，岩爆就是地下洞室周边围岩的应力集中，不能承受这种应力集中的岩石发生突然地脆性破坏，而从自由面剥落、弹出或抛射的一种现象。
岩爆的类型可以从多个角度描述，根据岩爆特征，考虑岩爆危害方式、危害程度及其防治对策等因素，可分为：片状剥落型、爆裂弹射型，爆炸抛射型、洞壁垮塌型。
还可将岩爆分为：（1）应变型：指地下洞室周边坚硬岩体产生应力集中，在脆性岩石中发生激烈的破坏，是最一般的岩爆现象；（2）屈服型：指在有相互平行裂隙的地下洞室中，洞室壁的岩石屈服，发生突然破坏，常常是由爆破振动所诱发的；（3）岩块突出型：是因为被裂隙和节理等分离的岩块突然突出的现象，也是因爆破或地震等而诱发的。
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(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. 1Basic Analysis of Rock Bursti ng Occurrence Cond itionZhang 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 inaAbstract 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。
浅析引起岩爆的若干因素及岩爆的防治措施
浅析引起岩爆的若干因素及岩爆的防治措施
浅析引起岩爆的若干因素及岩爆的防治措施
岩爆是围岩在高地应力场条件下所产生的岩片(块)飞射抛散,以及洞壁片状剥落等动力破坏现象.岩爆是地下工程施工的一大地质灾害,由于它的破坏性很大,常常给施工安全、岩体及建筑物的稳定性带来很多的问题,甚至会造成重大工程事故.目前,地下工程岩爆问题引起了国内外的普遍关注.本文主要论述了岩爆发生的若干影响因素及防治岩爆的一些具体措施.
作者：李田田王志坚肖占作者单位：中国矿业大学建筑工程学院,江苏,徐州,221008 刊名：中国西部科技英文刊名：SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WEST CHINA 年，卷(期)：2009 8(17) 分类号：P9 关键词：岩爆影响因素防治措施。
隧道施工中岩爆的成因及预防探讨
隧道施工中岩爆的成因及预防探讨摘要：岩爆是高地应力条件下地下岩体工程开挖过程中, 由于开挖卸荷引起围岩的弹性应变能突然释放,并产生爆裂、松脱、剥离、弹射甚至抛掷等破坏现象的一种动力失稳地质灾害。
它是埋深大隧道施工中发生频率较高的突发性地质灾害。
本文就隧道施工中岩爆的成因及预防进行探讨，为隧道施工中岩爆预防提供参考。
关键词：隧道施工岩爆成因预防探讨在平常的隧道施工过程中经常会出现各式各样的岩体失稳的现象, 而岩爆就这样一种十分特殊的岩体失稳现象, 它是岩体里聚集着的高弹性应变能, 岩爆一般多发生在完整且坚硬的岩体上。
一般而言,完整的岩体相对比较稳定, 不会跟块裂岩体或者碎裂岩体一样, 容易沿着脆弱的结构面发生结构体的滑动及坍塌。
因而,在平常的隧道施工工程中, 我们往往会加强不良地质地段的防范并采取措施, 可是当挖掘到完整且坚硬的岩层地段的时候, 常常容易忽略岩爆——这一特殊的地质灾害。
一、有关岩爆的特点1.岩爆在未发生前并无明显的预兆。
一般认为不会掉落岩块的地方也会突然发生岩石爆裂声响, 石块有时应声而下, 有时暂不坠落, 这与塌顶和侧壁坍塌现象有明显的区别。
2.岩爆时, 岩块自洞壁围岩母体弹射出来,一般呈中厚边薄的不规则片状, 块度大小多呈几厘米长宽的薄片, 个别达几十厘米长宽。
严重时,成吨重的岩石从拱部弹落, 造成岩爆性坍方。
3.岩爆多发生在新开挖工作面及其附近,也有个别发生在距新开挖工作面较远处。
岩爆发生的频率随围岩暴露时间的延长而降低。
岩爆可瞬间突然发生, 也可持续几天到几个月。
二、有关隧道施工中岩爆的因成分析1.有五大内在因素影响岩爆的发生:第一最大初始应力/岩石单轴抗压强度>1/7；第二岩石抗压强度较高(>80ＭＰＡａ)；第三岩石完整性好；第四较大隧道埋深；第五岩石干燥无水；施工中若具备三个因素以上便容易产生岩爆, 在具备岩爆条件的情况下, 其发生的概率同时与洞室跨度相关,跨度越大, 发生岩爆的概率就越大。
2024年岩爆的预防及处(2篇)
2024年岩爆的预防及处（1）岩爆产生条件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；②围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小；③具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m；④无地下水，岩体干燥；⑤开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。
⑥在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆。
（2）岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点：①在未发生前，并无明显的征兆，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，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。
②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的2～3小时，24小时内最为明显，延续时间一般1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。
③岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。
石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，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；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。
（3）岩爆的现场预测预报①地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌，对该区的地形情况有一个总体的认识，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区，另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。
依据地质理论，在地壳运动的活动区有较高的地应力，在地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强的地区，自重应力也较大。
②AE法（声发射法）AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果，通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测，该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N，它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。
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第24卷 第3期重 庆 交 通 学 院 学 报2005年6月V o1124N o13JOURNA L OF CH ONG QI NGJ I AOT ONG UNI VERSITY June2005地下工程岩爆发生条件研究徐林生Ξ(重庆交通学院土木建筑学院,重庆400074)摘要:从地应力条件、岩体结构及其性能、地质构造条件、水文地质条件、开挖施工因素等方面着手,对地下工程岩爆发生条件问题作了较为详细的研究.关 键 词:地下工程;高地应力;岩爆;岩爆发生条件中图分类号:T D23111 文献标识码:A 文章编号:10012716X(2005)0320031204 岩爆是高地应力条件下隧道等地下工程洞室开挖过程中,因开挖卸荷引起洞室周边围岩产生强烈的应力分异作用,储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂脱落、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种常见动力失稳施工地质灾害.它直接威胁施工人员、设备的安全,影响工程进度,已成为世界性的地下工程难题之一.综合国内外研究现状[1],岩爆烈度可以归纳为轻微、中等、强烈、剧烈四级(表1).表1 岩爆烈度分级岩爆烈度级别轻微岩爆中等岩爆强烈岩爆剧烈岩爆主要分级依据围岩表层有爆裂脱落、剥离现象,内部有噼啪、撕裂声响;岩爆零星间断发生,对施工影响较小围岩爆裂脱落、剥离现象较严重,有弹射,可听见清脆的爆裂声,有一定持续时间,影响深度可达1m左右;对施工有一定影响强烈的爆裂弹射,有似机枪子弹射击声,岩爆具有延续性,并向围岩深部发展,影响深度可达2m左右;对施工影响较大剧烈的爆裂弹射甚至抛掷性破坏,有似炮弹巨响声,岩爆具有突发性,并迅速向围岩深部发展,影响深度较大;严重影响甚至摧毁工程 近年来,岩爆问题在我国交通隧道(如重庆202省道通渝隧道、川藏公路二郎山隧道、秦岭公(铁)路隧道等)等地下工程建设中逐渐突出,已引起了工程界的高度重视.然而,由于高地应力区岩体的复杂性和各种工程地质条件的影响,岩爆研究工作总体上进展较为缓慢,这种情况一定程度上制约着我国高地应力区交通隧道等地下工程的建设.为此,本文以下从地应力条件、岩体结构及其性能、地质构造条件、水文地质条件、开挖施工因素等方面着手,对地下工程岩爆发生条件作较为详细的探讨.1 岩爆发生的地应力条件地下工程实践中,通常将大于20MPa的硬质岩体内的初始地应力称为高地应力.高地应力是岩爆发生的必要条件.初始地应力高,可能是构造应力造成的,也可能是洞室埋藏深度较大所致;因而实录岩爆现象可以发生在浅部,也可以发生在深部地下工程洞室围岩中.例如,川藏公路二郎山隧道东段实测最大水平主应力达3513MPa,岩爆均发生在临界深度410m以上的洞段;太平驿水电站交通隧道围岩实测最大水平主应力达3113MPa,岩爆区埋深为260～600m;而秦岭隧道则在埋深约70m处就有较为严重的岩爆现象发生(注:该处实测最大水平主应力达2713MPa).因此,岩爆发生与否与地下工程洞室埋深状况并不存在着密切的对应关系.国内外工程实践还表明,岩爆发生部位主要集中在与岩体初始地应力场中最大主应力σ1相垂直的洞室主应力作用面上、下角隅处附近[2].高地应力区隧道等地下工程洞室开挖后,其周边围岩二次应力场中产生的切向应力σθ和径向应力σr的强烈分异作用则是直接导致岩爆发生的重要Ξ收稿日期:2004205208;修订日期:2004206218作者简介:徐林生(19642),男,浙江嘉兴人,教授,博士,主要从事隧道与地下工程教学、研究工作.原因之一[3].目前,国内外学者多将洞室洞壁切向应力σθ和岩石单轴抗压强度Rb之比值σθ/Rb作为岩爆的重要判据,然而在该判据临界值的取值上却有较大的争议[4].我们在二郎山公路隧道岩爆预测中,在现场主要采用点荷载仪来测定岩石的点荷载强度Is(50),然后利用公式Rb=22Is(50)求得岩石单轴抗压强度Rb;σθ的测定,则采用实用性较好的改进型现场应力恢复测试法[5].二郎山公路隧道开挖施工过程中,笔者在该隧道典型岩爆段和非岩爆段及掌子面附近等部位系统地布置了21个测点.其测试结果与围岩实际变形破裂状况作对比分析研究,力图从中找出可以预报岩爆及其级别应力量化的科学依据,典型测试结果如表2.根据上述现场测试结果进行综合分析可知,无岩爆活动洞段,σθmax/Rb<013;轻微岩爆活动段之σθmax/Rb介于013～015之间;中等岩爆活动洞段,σθmax/Rb介于015～017之间;发生强烈岩爆活动时,σθmax/Rb比值则大于017.这为探讨岩爆发生的应力条件提供了重要的科学依据. 2岩体结构及其性能条件岩体结构及其性能条件是岩爆发生与否的物质基础.按照我国公路隧道设计规范(J T J026290)中的围岩分类,岩爆主要发生在Ⅳ、Ⅴ类围岩中,它不发生在非常完整的围岩中,也不发生在节理裂隙很发育的Ⅱ、Ⅲ类围岩中,具有明显的岩体结构效应[1,5].发生岩爆的岩石通常为高弹性储能的硬脆性岩浆岩(如花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等)和灰岩、白云岩、砂岩等沉积岩以及混合花岗岩、花岗片麻岩、片麻岩、石英岩、大理岩等变质岩[6](表3).值得指出的是,表3中二郎山公路隧道岩爆段的砂质泥岩性能较为特殊,经现场调研和室内薄片鉴定分析,我们发现其砂质含量最高达45%,且局部呈团斑、团块状出现;X射线粉晶衍谢测试结果则表明,其主要矿物成分为:伊利石占35%～49%,绿泥石占25%左右,石英约占26%～39%;岩样单轴抗压强度则大于65MPa,大体上与灰岩强度相当,并非传统概念上的软岩类岩石.砂质泥岩中能发生岩爆活动,这在国内外还是第一次发现.表2 二郎山公路隧道部分围岩σθ、Rb现场测试和围岩变形破裂状况对比分析测点编号位置岩性Is(50)RbΠMPa现场应力恢复法σxΠMPaσzΠMPaσmaxΠRb围岩变形破裂状况备注BS0平导K262+740北壁115m高处灰岩(D2y1)313774114319181290111BS1平导K262+461北壁115m高处砂质泥岩(D1g2)21756015817371340112BS2平导K262+444北壁115m高处砂岩(D1g2)3196871128190110BS’2平导K262+44515北壁115m高处砂岩(D1g2)31968711271260108围岩稳定性较好K262+295～+740为无岩爆活动段BS3平导K262+298北壁115m高处砂质泥岩(D1g2)2158561767135141840126该测点无岩爆.但其东侧K262+295起洞段有爆裂松脱、剥落现象,岩体结构渐趋镶嵌,硐体干燥,地应力量级宏观判断渐趋增高K261+940～K262+295为轻微岩爆段BS4平导K261+939北壁115m高处泥灰岩(D1g1)31507714144401120152围岩爆裂松脱、剥落现象严重,有轻微弹射.硐段应力尚处于调整状态K261+820～+940为中等岩爆段BS5平导K261+905北壁115m高处砂质泥岩(D1g1)2195641927164411460164围岩爆裂松脱、剥落现象严重,有轻微弹射.测试钻孔中岩芯曾有饼裂现象,这是高地应力的重要标志K261+760～+820为轻微岩爆段BS6平导K261+761北壁115m高处砂质泥岩(D1g1)2173601061213281590148南侧拱肩到拱腰部位有爆裂松脱、剥落现象BS7平导K261+701北壁115m高处(距当时掌子面约10m)石英砂岩(D1p3)8145185190918201620111施工中围岩稳定性好,无岩爆现象该测点位于原设计K261+428～+751的中等和强烈岩爆段内E BS6主洞K261+000南壁115m高处粉砂岩(D1p3)412921426138651960171南侧拱肩部位发生较为强烈的弹射现象,岩爆影响深度2m左右,呈V形三角坑该测点位于强烈岩爆段中注:σx 为洞壁沿洞轴线水平方向的切向应力;σz则为洞壁铅直方向的切向应力23 重庆交通学院学报 第24卷表3 国内外部分地下工程岩爆特征序号隧 道 名 称围 岩 岩 性岩爆主要特征1二郎山公路隧道(石英)砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、灰岩爆裂脱落、剥离及部分弹射现象2秦岭铁路隧道混合花岗岩、花岗片麻岩爆裂辟裂、剥落3成昆线关村坝隧道硅质灰岩弹射岩片,射距2～3m 4挪威Hyangar 隧道片麻岩剥落及弹射5挪威Sewage 隧道花岗岩劈裂并有尖锐的爆裂声响6揶威Heggura 隧道片麻岩剥落及弹射7日本关越公路隧道石英闪长岩最强烈一次岩爆从掌子面突出45m 3岩块8日本新清水隧道闪绿岩及其它硬质岩弹射岩片9日本大清水隧道石英安山岩、花岗岩爆裂剥落10瑞士弗卡公路隧道花岗岩、片麻岩爆裂剥落11法国-意大利勃朗峰公路隧道花岗岩、结晶片岩洞壁围岩爆裂剥落、弹射12意大利格兰萨索公路隧道泥灰岩、石英岩喷射出大量岩块3 地质构造条件地下工程中岩爆的发生也与地质构造条件关系较为密切[5],这些岩爆总体上可以划分为以下三种类型:第一种类型的岩爆主要发生在最大主应力近于水平的高地应力区和地壳中构造应力较为集中的部位(如褶皱翼部等),在水平构造应力长期作用下,岩体内储存了足以导致岩爆的弹性应变能,一般水平应力σH 与垂直应力σv 的比值σH Πσv >112,σH 与水平面夹角多小于20°,重力和地形对岩爆影响不明显,因而无统一的岩爆临界深度;第二种类型的岩爆是由于断层错动所引起的,当开挖靠近断层,特别是从断层底下通过时,地下工程开挖使作用于断层面上的正应力减小,从而使沿断层面的摩擦阻力降低,引起断层局部突然重新活动,进而形成岩爆;这类岩爆一般多发生在构造活动区埋深较大的地下工程中,破坏性很大;第三类岩爆主要发生在距断裂构造(带)一定距离范围的局部构造应力增高区洞段,它是由于断裂构造活动导致局部岩体发生松弛现象,从而造成了局部应力降低带,其应力则向断裂构造(带)两侧一定范围的围岩中转移,从而造成了引发该类岩爆活动的局部构造应力增高区.4 水文地质条件发生岩爆的地下工程由于地处高地应力区,因而岩体嵌合较为紧密,围岩表面比较干燥,地下水不发育.一般有地下水活动的湿润地段,围岩中地应力较易释放,故就不易发生岩爆活动.据研究[5],在高地应力区地下洞室开挖掘进施工过程中,若经常在掌子面和洞壁喷撒冷水,一定程度上也可以降低表层围岩的强度;采用超前钻孔向硬质岩体内高压均匀注水,则可以通过以下三个方面的作用来防治岩爆的发生:一是可以提前释放弹性应变能并将最大切向应力向围岩深部转移;二是高压注水的楔劈作用可以软化、降低岩体的强度;三是高压注水可产生新的张裂隙并使原有裂隙继续扩展,从而降低岩体储存弹性应变能的能力.5 开挖施工因素高地应力区地下工程洞室施工过程中,如果开挖方法、工程措施等选择不当,则会大大恶化围岩的物理力学性能和应力条件,从而诱发或加剧岩爆的发生.根据国内外地下工程岩爆防治的经验[5],高地应力区采用钻爆法施工时,应短进尺掘进,减小药量和减少爆破频率,控制光面爆破的效果,以减少围岩表层应力集中现象.轻微岩爆、中等岩爆区:一般进尺控制在2～215m ,尽可能全断面开挖,一次成形,以减少围岩应力平衡状态的破坏,必要时可以采用超前钻孔应力解除方法,形成局部应力释放区,以减少(弱)岩爆;轻微岩爆段在开挖清撬后,一般向洞壁喷5～10cm 厚的C20砼;中等岩爆段可采用浅孔密锚挂网喷砼:锚杆<22mm ,L =2～215m ,@1～2m ,梅花型布置;钢筋网<6mm ,@20cm ×20cm ;喷C20素砼5～10cm ;必要时加斜向超前锚杆(<22mm ,L =215～315m ,@019～115m ).强烈岩爆、剧烈岩爆区:一般进尺控制在2m 以内,必要时可以采用上下台阶法开挖,以减弱岩爆破坏程度;严格控制光面爆破的效果,以最大限度地减小围岩表面应力集中现象;采用超前钻孔应力解除方法、预裂爆破等方法,使岩体应力降低,弹性应变能在开挖前释放;采用系统锚杆挂网加循环喷砼,进一步加长加密锚杆,进行多个循环反复喷C20砼,每个循环喷厚5cm ,最终喷至15～20cm 厚,从而有效地防治岩爆的发生.6 结 论综上所述,地下工程中岩爆的发生是受多方面条件因素所制约的,其中高地应力条件是岩爆产生的能量来源,岩体结构及其性能、地质构造条件、水33第3期 徐林生:地下工程岩爆发生条件研究 文地质条件等决定了产生岩爆的能量积蓄和释放能力、岩爆方式等,高地应力区易发生岩爆的地下工程施工中则应选择合理的开挖方法与防治工程措施.参考文献:[1] 徐林生,王兰生,李天斌.国内外岩爆研究现状综述[J].长江科学院院报,1999,16(4):24227.[2] 关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993:44256.[3] 徐林生,王兰生.岩爆形成机理研究[J].重庆大学学报,2001,24(2):1152117.[4] 贾愚如,范正绮.水工洞室中岩爆机制与判据.岩石力学在工程中的应用[M].北京:知识出版社,1989:2542 260.[5] 徐林生,王兰生.川藏公路二郎山隧道高地应力与岩爆问题研究[M].成都:西南交通大学出版社,2001:2210.R esearch of rockburst formation condition in underground engineeringX U Lin2sheng(School of Civil Engineering&Architecture,Chongqing Jiaotong University,Chongqing400074,China)Abstract:According to the conditions of geostress,rock structure and per formance,conditions of geological structure and hydrological geolo2 gy,excavation construction factors and s o on,the conditions of rockburst formation in underground engineerings are elaborated.K ey w ords:underground engineering;high geostress;rockburst;condition of rockburst formation(上接22页)[4] W olfgang ing M odern Features of C++for Adap2tive Finite E lement Methods:Dimension2Independent Pro2 gramming 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