二郎山公路隧道岩爆发生规律与岩爆预测研究

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二郎山隧道光面爆破技术的初步实践

表 2 装药系数的选定
序号炮眼名称炮眼个数炮眼深度每孔装药装药系数
雷管段别
m
kg
%
1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1
掏槽
12
315
2136
90
66
2
扩槽
7
315
2136
90
34
3
掘进
31
313
1198
80
14
17
4
内圈
23
312
1168
70
23
5
底板
13
收稿日期: 2000- 07- 30
况也达到了设计要求。
4 结语光面爆破实现完全理想化的施工也是不可能
的, 因为我们施工的对象是自然分布的岩石, 其岩性及力学性能指标随时在发生变化。加上人为因素的影响, 炸药性能是否稳定等等都将影响爆破效果。为
此, 提高职工队伍的技术水平, 加强施工队伍的技术管理尤其显得重要, 作为一支隧道施工专业队伍, 抓技术、抓管理, 是我们的传统做法, 也是我们求效益的关键所在。
(成都理工学院成都市 610059)
[ 摘要 ] 通过对川藏公路二郎山隧道洞壁收敛位移及围岩岩体二次应力的测试分析, 提取信息, 并及时反馈信息, 从而完善设计并正确指导施工。
关键词收敛位移二次应力信息化设计施工
文献标识码: B
二郎山隧道最大埋深 800 m 以上。隧道穿越泥盆系、志留系的砂岩、泥岩和灰岩地层, 地质条件复杂。为及时获取信息, 反馈信息, 确保工程的顺利进行, 施工过程中进行了连续的洞壁及收敛位移围岩岩体二次应力测试。

二郎山隧道岩爆区段施工防治措施浅谈

便星塞鱼ｌ
— — －－－－－－－ — — — — — －－
ｌ线中线距路线 ● （间（路线ｌ线中）
● Ｈ
顶进作业完成后，进行混凝土挡墙和附属工程的施工。挡墙施工时对影响既有线行车安全的开挖施工做好防护，时观测，随灌注混凝土过程中严禁侵界。参考文献：
二郎山隧道岩爆区段施工防治措施浅谈
王新花
摘要：绍了二郎山隧道工程概况，介通过分析岩爆的特征及发生规律，出了防止岩爆发生的施工措施，二郎山隧道提为
的按期顺利贯通创造了有利条件。关键词：路隧道，公岩爆，防治措施，超前预测中图分类号：５．Ｕ４５４文献标识码：Ａ
社。９ｒ．１９７
图２Ｄ０施工便梁线路加同示意图２
９顶进施工。根据每座顶进桥的最大顶力计算出所需顶镐［］）４江正荣．地基与基础施工手册［］北京：国建筑工业出版Ｊ．中数量。顶进中，在顶进负责人指挥下，各班组均按照岗位责任制
支—— 干海子山。隧道全长４１６Ｉ，７ＩＴ为两条平行隧道，隧址海拔不规则的棱块状，有时也有中间厚边缘薄的椭圆形状。
最大断面为９０Ｉ×７５平导标准净空断面４５ｍ×５９Ｉ生。．Ｉ．８ｍ；Ｔ．．４Ｉ，Ｔ３通过对岩爆坑的察看可知，）岩爆爆裂面整体呈阶梯状Ｖ型最大断面为４５Ｉ ×６４根据地质勘探，．Ｉ．７ｍ；Ｔ隧道大部分地区处于
［］道部第三工程局．路工程施工技术手册—— 桥涵分册１铁铁

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策与措施

１二郎山隧道高地应力岩爆
川藏公路二郎山隧道隧址区位于四川北东向龙门山构造带，北向川滇构造带及北西向南鲜水河构造带组成的“ 字型构造的北东侧，经多次构造运动，于构造应力相对集巾和蓄Ｙ” 历属存较大初始地应力的地区。隧道前期地质勘察的地应力测试表明，隧道处于高地应力环境，因此，高地应力条件下隧道围岩的稳定问题是隧道建设的重大问题。在１１地应力特征．１１１隧址区前期地质勘察地应力测量．．在隧址区前期地质勘察工作巾，应力测试单位通过７个钻孔采用水压致裂应力测量法地测量各深度地应力状况。其特点如下：ａ最大水平丰应力（ｎ）总体方向为Ｎ７。，．ｏ的４Ｗ与隧道轴线夹角３１左右。ｏ
ｂ大约位于标高２０ｍ处为山体虚力与构造应力的分界处．界处以上垂直应力（占．２０分ｏ）
主导地位；界线以下水平主应力明显增加并占丰导地位。隧道顶板高程为２５～２８ｍ。 ‘ １０１０ｃ水平地应力（，在垂直方向的分布随深度的增大而增加，横向上由隧道两端．ａｏ），在向山体内部逐渐增加，隧道丰轴线及其附近的最大水平主应力的最大值可达５．Ｍｐ在３４ａ

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测

隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程是一项复杂而又危险的工程，其中一个重要的问题就是如何预测和控制岩爆和构造活动。

岩爆和构造活动是指在隧道开挖过程中，由于地质条件的复杂性和不确定性，导致岩石的破裂、坍塌和移动等现象。

这些现象不仅会对隧道工程造成损害，还会对施工人员的生命安全造成威胁。

因此，岩爆和构造活动的分析与预测对于隧道工程的安全和顺利进行至关重要。

岩爆是指在岩石中存在的能量积累到一定程度时，由于压力等因素的影响，导致岩石瞬间释放能量，并产生爆炸效应的现象。

岩爆的发生不仅会对隧道工程造成直接损害，还会产生巨大的冲击波和飞石，对施工人员的生命安全造成严重威胁。

因此，对于岩爆的分析与预测是隧道工程中必不可少的一项工作。

岩爆的分析与预测需要综合考虑多种因素，包括地质条件、岩石物性、地应力状态、开挖方式等。

其中，地质条件是影响岩爆发生的最主要因素之一。

地质条件复杂、地层变化剧烈的地区容易发生岩爆。

此外，岩石物性也是影响岩爆发生的重要因素之一。

岩石物性不同，其抗压强度和断裂韧度也不同，从而影响了岩爆的发生概率和规模。

地应力状态也是影响岩爆发生的重要因素之一。

当地应力状态较大时，岩石中的应变能量会积累得更多，从而增加了岩爆发生的概率。

最后，开挖方式也是影响岩爆发生的重要因素之一。

不同的开挖方式会对地层产生不同的影响，从而影响了岩爆发生的概率和规模。

针对岩爆的分析与预测，目前主要采用了多种方法。

其中，最常用的方法是基于经验公式的预测方法。

这种方法通过对已有的实际工程数据进行统计和分析，得出了一系列与地质条件、开挖方式等有关的经验公式，从而可以预测出隧道开挖过程中可能发生的岩爆情况。

此外，还有一些基于数值模拟的方法，如有限元法、离散元法等。

这些方法可以通过建立数学模型来模拟隧道开挖过程中可能发生的各种情况，并进行预测和分析。

除了岩爆外，构造活动也是隧道工程中需要考虑的一个重要问题。

17隧道岩爆特征与治理措施

二郎山隧道岩爆特征与治理措施1、岩爆特征高地应力区的一个显著地质特征是岩芯饼裂现象，饼越薄地应力值越大。

（1）岩爆发生在石英砂岩、粉砂岩、砂岩、部分砂质泥岩及泥岩与灰岩、粉砂岩、砂岩夹层中的硬质岩层中，围岩类别属IV、V 类。

（2）岩爆多发生在掌子面及1~3倍洞径范围，距齐头20m左右最为强烈，也有滞后200m的；发生时间与距离是对应的，一般是在2~8小时内，也有滞后1~2天的，有些段落滞后1~2个月或几个月后发生。

刚遇到岩爆时的表现是岩体内有声响，但无石块爆落，随着掘进深度的增加地应力值的加大则出现了明显的岩石撕裂声与岩片爆落，有的还有弹射，形成深1~2m深的三角形爆坑。

（3）岩爆声响既发生在掌子面也发生在岩体内部，轻微岩爆的声响较为清脆，可听啪、啪""嘎、嘎"的声响，强烈岩爆段所发出的声响较为沉闷，像"澎、澎"的声音并夹有"啪、啪"的声响.（4）岩爆破坏形式为劈裂破坏与剪切破坏两种，破坏程度上总体属爆裂脱落型，即一级岩爆，仅为数不长的地段出现了弹射现象，属二级岩爆，并有随时间延续向深部发展的特征。

隧道周边均有岩爆活动，但拱部和两侧边墙部位相对居多，其次为拱肩部位，这与岩体应力状况有关。

（5）岩爆爆坑大多数呈"锅底"形，坑边沿多为阶梯形。

强烈岩爆段爆坑多为"V"形。

破裂面以新鲜破裂为主，少数沿原有裂隙面。

爆落岩块多呈不规则的棱块状，也有呈中厚边薄的椭圆状。

（6）断裂带两侧或软弱结构面附近往往形成局部应力集中区，故两侧硬岩中岩爆现象较为明显，而断层带部位一般不发生岩爆。

在不同岩性软硬相间的岩层中，硬质岩易发生岩爆。

（7）岩爆区段一般较为干燥，有地下水出露的地方无岩爆产生。

（8）开挖洞室（正洞、平导）大小及相邻洞室（正洞与平导相距42.5m、平导滞后主洞）施工对岩爆的产生似无明显影响。

（9）岩爆的剧烈程度与洞室埋深基本对应，但也有非对应的，相对严重地段距洞口距离为1700m、1960m（东口）、1290m（西口），相对应埋深为710m、775m（最大埋深）、425m。

@2008-岩爆及其判据和防治

第27卷第10期岩石力学与工程学报 V ol.27 No.102008年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，2008收稿日期：2008–06–10；修回日期：2008–07–15作者简介：张镜剑(1931–)，男，1956年毕业于清华大学水利水电工程系水工结构研究生班，现任教授，主要从事水工结构和岩土工程方面的教学与研究工作。

E-mail ：zhang_jing_jian@岩爆及其判据和防治张镜剑1，傅冰骏2(1. 华北水利水电学院水利工程系，河南郑州 450011；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029)摘要：岩爆研究可以追溯到18世纪上半叶。

迄今为止，虽然诸多科研成果已经问世，但岩爆仍然是一个世界性难题。

作为一般性的论述，首先提供一些背景材料，涉及到国内外一些工程实例、研究方法等。

然后，叙述国际范围内常用的一些岩爆判据和岩爆分级方法；论述岩爆的预测和预报；对岩爆防治，包括应力解除钻孔、注水湿化和锚固等方法进行综述。

最后，对锦屏二级水电站辅助洞发生的岩爆实例进行重点介绍，并在综合已有资料的基础上对岩爆判据、分级及防治等提出意见和建议。

关键词：爆炸力学；岩爆判据；岩爆分级；岩爆防治中图分类号：O 38；TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)10–2034–09ROCKBURST AND ITS CRITERIA AND CONTROLZHANG Jingjian 1，FU Bingjun 2(1. Department of Water Conservancy Engineering ，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power ，Zhengzhou ，Henan 450011，China ；2. Institute of Geology and Geophysics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100029，China )Abstract ：The research on rockburst could be traced back to the first half of the 18th century. Since then ，although a great deal of scientific achievements have been published ，this topic is still an outstanding problem worldwide so far. As an overall review ，this paper presents first some background information relating case histories ，research methodologies etc. at home and abroad. And then ，the criteria and classification of rockburst commonly used at home and abroad are described. The forecast and prediction of rockburst phenomena are discussed too. After that ，the rockburst control ，including stress relief drilling ，water injecting ，anchoring etc. are overviewed. Finally ，a key case history related to the rockburst phenomena occurring in the auxiliary adit of the Jinping II Hydropower Station is described emphatically. On the basis of analyzing the previous information ，some practical methods for classification ，prevention and mitigation of rockburst are proposed.Key words ：explosion mechanics ；rockburst criteria ；classification of rockburst ；rockburst control1 引言在深埋、硬脆性围岩的地下洞室或隧洞(隧道)中，有可能产生岩爆这样一种特殊的岩石力学现象。

岩爆分类与预测分析

性失稳，从而造成较大规模的破坏。因此，在较大规模的断层带的下盘或者节理较发育的岩体两侧发生岩
爆的可能性较大时，需要对断层带和节理较发育的岩体进行预处理，并且应区分岩爆破坏和岩爆诱发大规
模破坏的特征，依此提出处理方案。
坏强度小，声音轻微或者没有声音，岩爆烈度上属于在轻微岩爆。破裂松弛型岩爆是岩体内的微裂隙在不断的扩张和发展造成的，是应力调整后岩体内集聚的但应变能不足以使岩块弹出，而是以松弛或松脱的形式与岩体连在一起，在施工爆破和外界因素影响下脱落。爆裂松弛型岩爆是应力集中造成岩体内应变能集
连续岩爆（＞０ｍ）类。张倬元等人（９４［按长２三１９）３３岩爆发生部位及所释放的能量大小将岩爆分为洞室围
岩表部岩石突然破裂引起的岩爆、柱或大范围围岩矿突然破坏引起的岩爆、断层错动引起的岩爆三种类型。
电站引水隧洞的岩爆实例进行分析，照岩爆发生的按应力类型将岩爆分为水平应力型、直应力型、垂混合应力型，将混合应力型分为３个亚类。武警水电部并
队ｕ将天生桥二级水电站引水隧洞的岩爆按其破裂程
关键词：深埋长隧洞；岩爆；分类；预测
中图分类号：Ｕ５．４５４

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图 2 隧道东段主洞部分岩爆发生规律及其预测示意图 Fig. 2 The sketch showing the law of rockburst and its forecasting in the east main tunnel
该隧道某些洞段岩爆发生在泥岩软质岩层内的泥灰岩夹层 (如西段平导 K261 + 920～ + 940 甘溪组下段 (D1g1) 泥岩层内的泥灰岩夹层) 和砂岩、粉砂岩夹层 (如东段平导 K260 + 100～ + 250 洞段) 中。综合分析表明 ,这是因为邻近泥岩软质岩的这些硬脆性夹层由
岩爆基本开挖 4 个月洞周应力基本趋于稳定 ,但一旦
稳定期后
强烈扰动仍会触发岩爆
3 二郎山公路隧道岩爆预测研究
岩爆预测问题极为复杂 ,目前国内外还没有一套成熟的理论和方法。我们在二郎山隧道岩爆预测中 , 采用以下 3 种方法对这一问题作了有益的探讨。 3. 1 地质超前预报法
从二郎山隧道岩爆发生的基本规律可知 ,岩爆的发生不仅取决于地应力条件 ,还与岩性及其分布特征、岩体结构、断裂和地下水状况及其它扰动因素有关。这里要着重强调的是 ,该隧道岩爆的发生与 NW 向延伸的陡倾断裂和岩性条件关系甚为密切。
轻微、中等、强烈、剧烈 4 级 (RMS 方案[1]) 。从总体上看 ,二郎山隧道中发生的岩爆属于轻微、中等岩爆级别。岩爆发生时 ,虽伴有不同程度的声响 ,但弹射微弱。根据现场施工跟踪观察、调研和大量统计资料分析 ,总结出该隧道岩爆发生的基本规律有以下几点 :
(1) 岩爆活动主要集中发生在距东、西两侧洞口平距 1. 0～1. 5 km 的洞段 ,其中隧道东段岩爆区埋深为 410～570 m ,隧道西段岩爆区埋深为 270～490 m ;隧道其余洞段岩爆活动不发育或仅零星发育。
σθ =
F ·Sp ·α L ·H
σθ 和岩石单轴抗压强度 Rb 之比值作为岩爆判据 ,然而在该判据临界值的取值上却有较大的争议[4] 。我们
式中 F 为应变恢复时点荷载仪压力表读数 ,MPa ; Sp 为点荷载仪千斤顶活塞面积 (常数 1515 cm2) ; α为
在实际工作中 ,现场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 = 22 Is(50) 求得岩石单轴抗压强度 Rb ;σθ的测定则采用了实用性和可操作性均较好的改进型现场应力恢复测试法 :首先利用便携式轻型钻机和 YJ - 25 型静态电阻应变仪、P20R - 25 型预调平衡箱等仪器设备 ,测定洞壁浅表层钻孔岩芯
现场调研表明 ,二郎山隧道发育产状为 N40°～60° W/ NE ∠60°～85°的张扭性次级断裂 ,其中多见有线状或股状地下水 ,显示断裂处岩体因张扭性活动而有所松驰 ,氡气 α卡仪测试也显示其氡气值明显高于两侧岩体 ;洞壁二次应力场测试结果表明 ,该组断裂的存在造成了局部应力降低带 ,其应力则向两侧围岩中转移 , 从而导致 NW 向陡倾断裂两侧形成局部应力增高带。东段主洞已有的岩爆活动大多发生在距该组断裂 10 ～20 m 距离以外的地段 (图 2) ,究其原因就与这种应力局部调整有很大关系。因此 ,在掘进过程中如遇有 NW 向出水的陡倾断裂时可作为预测前进方向可能产生岩爆的一个重要宏观预测标志。例如 ,当主洞开挖至桩号 K260 + 470 时 ,我们就根据 K260 + 450～ + 464 洞段发育 NW 向陡倾断裂且普遍股状出水的现象 ,预测掌子面前方在 K260 + 474 或 + 484 以西洞段可能发生岩爆活动 ;随后施工中果然在 K260 + 490 拱顶部位起发生了岩爆活动 ,由于事先采取了有效的工程防治措施 ,从而保证了施工的顺利进行。
第 21 卷第 5 期 1999 年 9 月
岩土工程学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol. 21 No. 5 Sept. , 1999
二郎山公路隧道岩爆发生规律与岩爆预测研究
Study o n the laws of rockburst and it s foreca sting in the tunnel of Erlang Mo untain ro ad
徐林生王兰生
(成都理工学院工程地质研究所 ,成都 ,610059)
文摘岩爆是地下工程中经常遇到的一种地质灾害 ,根据二郎山公路隧道在施工中记录的 200 多次岩爆资料 ,总结了该隧道岩爆发生的基本规律 ;并采用“地质超前预报法”“、σθ/ Rb 判据法”和“岩爆临界深度预测法”三种方法 ,对其岩爆预测问题作了有益的探讨。关键词二郎山 ,公路隧道 ,岩爆 ,预测中图法分类号 TD 713 作者简介徐林生 ,男 ,1964 年生 ,同济大学定向培养博士后。研究方向为岩 (土) 力学与岩体稳定。
(3) 岩爆区掘进过程中 ,掌子面至 3 倍洞径的范围内岩爆活动最为频繁 (图 1) ,随后逐渐减少。但也有距掌子面 200 稿日期 :1998 - 09 - 16
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(8) 在隧道二次衬砌作永久支护之前 ,岩爆可分为严重期、延续期、基本稳定期 3 个活动阶段 (表 1) 。
表 1 二郎山公路隧道岩爆活动分期表 Table 1 The rockburst active periods in the tunnel of
Erlang Mountain road
1 前言 Ξ
岩爆是高地应力条件下地下洞室开挖过程中 ,因围岩开挖卸荷而发生脆性破坏 ,储存于岩体中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害 ,它直接威胁人员、设备安全 , 影响工程进度 ,已成为世界性的地下工程难题之一。
川藏公路二郎山越岭隧道是“九·五”期间国家投资正在施工的我国最长公路隧道之一。其主隧道全长 4 176 m、别托短隧道 94 m ,最大埋深达 770 m ;断面净宽 9 m、净高 5 m ,为单洞双车道。隧道采用钻爆法施工 ,先期施工平导 ,目前已完成掘进任务。二郎山隧道穿越泥盆系、志留系砂岩、砂质泥岩、泥岩、灰岩等地层和 11 条断层 ,地质条件较为复杂。据钻孔水压致裂法地应力实测资料 ,隧址区局部范围内的最大水平主应力最高达 5317 MPa 、方向 N78°W ,与洞轴线 255°方向的夹角为 27°。在本区复杂的高地应力条件下施工过程中 ,隧道洞壁常产生极高的切向应力 ,围岩岩爆问题较为突出。
(2) 岩爆段岩性主要为砂岩、砂质泥岩、石英砂岩和泥岩软质岩层内的泥灰岩、砂岩、粉砂岩夹层。值得指出的是 ,岩爆段的砂质泥岩经现场调研和室内薄片鉴定分析 ,发现其砂质含量最高可达 45 % ,且局部呈团斑、团块状出现 ; X 射线粉晶衍射测试结果表明 ,其主要矿物成分 :伊利石占 35 %～49 % ,绿泥石占 24 % ～25 % ,石英占 26 %～39 % ;岩样点荷载强度 Is(50) 值为 1. 71～3. 95 MPa ,即单轴抗压强度 37. 62～86. 9 MPa (平均值为 62129 MPa) ,基本上与泥灰岩强度相当 ,并非传统概念上的软岩类岩石。砂质泥岩中发生岩爆活动 ,这在国内外还是第一次发现。
(5) 按公路隧道围岩分类规范 (J TJ026 —090) ,岩爆段围岩类别均为 Ⅳ、Ⅴ类。这就是说岩爆活动既不
发生在很完整的 Ⅵ类围岩中 ,也不发生在节理很发育的 Ⅱ、Ⅲ类围岩中 ,具有明显的岩体结构效应[2] 。
(6) 岩爆段岩体表面十分干燥 ,并具有似烘干样光泽。有地下水存在或断裂部位不发生岩爆活动。
2 二郎山公路隧道岩爆发生的基本规律
自 1996 年 6 月开工以来 ,二郎山隧道施工中先后共发生 200 多次岩爆现象。连续发生岩爆的洞段共有 8 段 ,每段长 60～355 m 不等 ,累计总长度达 1 095 m(其中主洞 410 m、平导 685 m) 。以王兰生教授为首的“二郎山隧道高地应力与围岩稳定性课题组”将岩爆烈度划分为
岩爆活动分期
时间
说明
岩爆严重期
爆破后 4h 内爆破 4h 后至开挖一星期内
掌子面附近洞段岩爆十分频繁 , 为岩爆活动最危险时期洞周应力调整频繁 ,为岩爆活动危险时期 ,应及时采取挂网喷锚支护
岩爆延续期
开挖一星期后至 4 个月内
洞周应力调整活动渐趋减少 ,不定期发生岩爆 ,并伴有大量剥落掉块现象。此期对洞室破坏性也较大 ,应及时采取补充加固围岩措施
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第 5 期
徐林生等 1 二郎山公路隧道岩爆发生规律与岩爆预测研究
571
于前者应力调整也出现了局部应力增高现象 ,因而当应力解除前后所贴应变片的应变差值Δε ; 然后籍此
(7) 当围岩内部发出清脆的爆裂撕裂声时 ,岩爆力学机制表现为压致拉裂型破坏[3] ,多平行洞壁发生且仅涉及表层岩体 ,岩石以薄片状、透镜状、板状形式爆裂剥离 (落) 下来 ,无弹射现象 ,断口多呈新鲜贝壳状 ;当围岩内部发出沉闷爆裂声 ,声响较小时 ,岩爆力学机制主要表现为压致剪切拉裂型破坏[3] ,它持续时间较长且有随时间累进性向深部发展的特征 ,爆裂岩石多呈透镜状、棱板状、块状或片状等 ,可有弹射现象 , 断口多呈楔形或弧形凹腔。
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