2023年錦屏二級水電站巖爆專題報告

本工程引水隧洞巖爆問題概述錦屏二級水電站位于雅礱江錦屏大河彎處雅礱江干流上。位于川滇菱形斷塊。出露巖石重要有：下古生界為碎屑巖類，上古生界和中生界變質(zhì)碳酸鹽巖、碎屑巖和玄武巖、火山碎屑巖，以及前震旦系變質(zhì)巖系，古生界碳酸鹽巖，峨眉山玄武巖和碎屑巖，中生界碎屑巖、粘土巖。中更新世以來堆積物重要沿河谷與山麓地帶零星分布。從大地構(gòu)造上，錦屏二級水電站位于松潘—甘孜地槽褶皺系東南部，中生代以來經(jīng)受印支、燕山，尤其是喜馬拉雅運動，形成一系列迭瓦狀逆沖斷層、地層倒轉(zhuǎn)、“A”型平臥褶皺和拉伸線理以及沿斷層形成飛來峰構(gòu)造，構(gòu)成變形較強烈地臺邊緣褶皺帶和斷裂帶；雅江褶皺帶是古生代至三迭紀(jì)地槽褶皺帶。三迭紀(jì)末印支運動使其褶皺回返，燕山運動影響本區(qū)，有花崗巖類侵入。喜山運動強烈隆起并伴有斷裂活動。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。工程區(qū)地處高地應(yīng)力區(qū)，引水隧洞上覆巖體一般埋深1500~m，最大埋深約為2525m，而巖爆現(xiàn)象則是其最詳細(xì)體現(xiàn)。巖爆是影響洞室圍巖穩(wěn)定重要原因之一，通過現(xiàn)場調(diào)研和室內(nèi)測試，對引水隧洞圍巖巖爆模式、分級、預(yù)測預(yù)報、防治措施等開展了深入研究，表明錦屏引水隧洞在開挖過程中將產(chǎn)生巖爆，其強烈程度以輕微~中等為主，局部洞段將發(fā)生強烈~極強巖爆，預(yù)測此后(以4#洞線為例)合計發(fā)生巖爆長度約5548m，無巖爆段長度約11119.1m，其中發(fā)生輕微量級巖爆長度約3291m，中等量級巖爆長度約1211m，強烈量級巖爆長度約895m，極強量級巖爆長度約151m。通過對輔助洞巖爆現(xiàn)場調(diào)研，輔助洞巖爆發(fā)育特性與長探洞巖爆特性一致。由于東端輔助洞局部所發(fā)生巖爆強烈程度與長探洞相對應(yīng)部位進(jìn)行對比，輔助洞內(nèi)所發(fā)生巖爆級別要比長探洞嚴(yán)重，且輔助洞埋深要比長探洞淺了約200m，闡明在錦屏工程區(qū)巖爆存在著一定尺寸效應(yīng)。同樣地，在與目前東端輔助洞相似高程引水隧洞，由于其開挖洞徑到達(dá)13m，發(fā)生巖爆時，會體現(xiàn)出更為明顯尺寸效應(yīng)。在國內(nèi)外有諸多有關(guān)巖爆分析及施工案例，在此對有關(guān)巖爆做出一種專題匯報，以便更好處理好錦屏工程巖爆現(xiàn)象。巖爆特性及分類巖爆，又稱礦山?jīng)_擊，是在深埋洞室施工掘進(jìn)中洞室臨空面邊緣忽然發(fā)生類似爆炸巨響，并有巖石開裂、巖塊彈射或倒塌掉塊現(xiàn)象。它是深埋洞室或隧道特有一種不良地質(zhì)現(xiàn)象。自1738年初次報導(dǎo)了英國錫礦發(fā)生巖爆以來，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有西德、南非、中華人民共和國、波蘭、東德、捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亞、奧地利、意大利、瑞典、挪威、新西蘭、美國、法國、加拿大、日本、印度、比利時、安哥拉等20多種國家和地區(qū)記錄有巖爆問題。巖爆最強可使整個礦坑、隧洞摧毀；同步導(dǎo)致礦震最大可達(dá)3.2~4.6級以上，烈度達(dá)7~8度，使地面遭受破壞。國內(nèi)從1949年到1985年5月在32個重要煤礦中，至少發(fā)生過1842起煤爆和巖爆。1965年1月至3月，成昆線關(guān)村壩隧道（長6107m）昆明端施工時多次發(fā)生巖爆，導(dǎo)致人身事故，威脅施工安全。巖爆是極為復(fù)雜動力現(xiàn)象。各國對此現(xiàn)象進(jìn)行了大量研究，目前多數(shù)停留在假說和試驗階段。國內(nèi)對巖爆研究，近年來有所突破。如中華人民共和國國際工程征詢企業(yè)譚以安對天生橋電站引水隧洞巖爆災(zāi)害進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查研究，通過對巖爆一般力學(xué)特性和破壞斷口電微掃描分析確定，巖爆屬于張、剪脆性破壞。對巖爆部位探洞詳細(xì)觀測，除了把爆裂面以內(nèi)圍巖分為塑性帶（松動圈）和彈性帶外，深入把松動帶細(xì)分為劈裂－剪切帶、劈裂帶。通過綜合分析，得出這樣結(jié)論：巖爆是具有大量彈性應(yīng)變能儲備硬質(zhì)脆性巖體，由于開挖洞石和坑道，使地應(yīng)力分異、圍巖應(yīng)力躍升及能量深入集中，在圍巖應(yīng)力作用下產(chǎn)生張－剪脆性破壞，并伴隨聲響和震動，而消耗某些彈性應(yīng)變能同步，剩余能量轉(zhuǎn)化為動能，使圍巖由靜態(tài)平衡向動態(tài)平衡失穩(wěn)發(fā)展，導(dǎo)致巖片（塊）脫離母體，獲得有效彈射能量，以劇烈向臨空方向拋（彈、散）射為特性，是經(jīng)歷“劈裂成板－剪斷成塊－塊片彈射”漸進(jìn)過程動力破壞現(xiàn)象。巖爆是在一定地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地應(yīng)力場和由于深埋洞室施工開挖臨空條件變化導(dǎo)致瞬間圍巖壓力集中，變化了圍巖周圍應(yīng)力狀態(tài)和性質(zhì)等條件下產(chǎn)生。目前觀測到巖爆現(xiàn)象多發(fā)生在深埋不不不小于200m地下建筑物中，如云南天生橋引水隧洞埋深200~250m（厚層灰白色灰?guī)r）、成昆線官村壩隧道埋深500~900m（含燧石結(jié)核硅質(zhì)灰?guī)r）、日本關(guān)越隧道埋深730m（石英閃長巖和角頁巖）、日本新清水隧道（長13490m，1965年在施工過程中石英閃長巖發(fā)生過9次巖爆，有持續(xù)2~3個月）埋深最大達(dá)1210m、瑞士弗卡隧道（長14713m，重要地層為片麻狀花崗巖）埋深最大為1520m。巖層埋深越大，開挖時產(chǎn)生巖爆強度和頻率就越高。有人認(rèn)為，在埋深超過2500m如下時，不采用特殊施工措施，一般是無法開挖隧道。巖爆產(chǎn)生還與地質(zhì)條件有關(guān)。從巖性來看，巖爆多發(fā)生在堅硬性脆巖層中，如花崗巖、石英巖、片麻巖、斑巖、閃長巖、輝綠巖、砂巖、灰?guī)r、硬煤等。這些巖層或為非層狀致密脆硬性巖層，或為產(chǎn)狀近似于水平脆硬性巖層，它們開挖前整體好，不見張開節(jié)理，僅見少許密閉構(gòu)造節(jié)理。洞室開挖后基本干燥，從地質(zhì)構(gòu)造上來看，在地應(yīng)力集中地區(qū)（如地質(zhì)構(gòu)造線轉(zhuǎn)折與相交部位）表1國內(nèi)外巖爆實例登記表實例編號隧洞名稱圍巖巖性單軸抗壓強度（MPa）點荷指數(shù)（MPa）巖體初始應(yīng)力（MPa）圍巖最大切應(yīng)力（MPa）巖爆特征描述巖爆類型1天生橋二級引水隧洞角礫狀灰?guī)r80＊3.6△25.7*64.3△劈裂、輕微彈射，有開縫聲響。Ⅰ（弱）2漁子溪一級引水隧洞中細(xì)?；◢忛W長巖、閃長巖170＊7.7△30~45*巖片彈射Ⅱ（中）3成昆鐵路官村壩隧道硅質(zhì)灰?guī)r120△5.5△彈射巖片拳頭大小，射距2~3m，最大彈射0.5×0.4×0.07mⅡ（中）4挪威Sima電站地下廠房花崗巖、花崗片麻巖180△8.3△19.5*48.75△2×2×0.5m巖塊拋射20m，擊中對壁Ⅲ（強）5挪威Hφyanger-Lanefjord隧道片麻巖60＊至2002.7△至934＊95＋剝落及彈射Ⅱ（中）6挪威Heggura隧道片麻巖100＊至2504.5△至1125*62.5△剝落及彈射Ⅱ（中）7挪威Sewage隧道花崗巖180＊8.3△75.4*劈裂、有鋒利爆裂聲響Ⅱ（中）8瑞典vietas水電站2.3號發(fā)電洞粉砂巖基石英巖80△3.6△50*至70125△至175劈裂，使咬合完好層面張開，有開裂聲響，無彈射，超挖嚴(yán)重Ⅰ（弱）9瑞典Juktan水電站隧洞花崗巖180△8.3△50*125△巖爆及塊裂Ⅱ（中）10瑞典Ritsem電站麋梭巖80△3.6△12*、20*30△至50劈裂,錨固前每月劈裂加深0.5mⅠ（弱）11瑞典Forsmark核電站片麻巖130△6△20*50△彈射巖片大小約10cm左右，發(fā)出巨大聲響Ⅱ（中）12蘇聯(lián)拉斯豐恰爾礦霓霞石、磷霞石180＊8.3△57＊巖射及剝落Ⅱ（中）13日本關(guān)越隧道石英閃長巖236＊10.7△236＋89＊最大一次巖爆，從掌子面突出45m3巖塊Ⅲ（強）14日本新清水隧道待查183＊8.3△彈射巖片0.2×0.2×~1.2×2.5m，厚0.05~1.0mⅢ（強）注：＊實測值，△汪澤斌推算值以及洞室軸線與壓性構(gòu)造線相平行時（即洞室軸線與地區(qū)最大主應(yīng)力方向垂直或近于垂直時），往往也許使巖爆加劇。就洞室與導(dǎo)坑斷面形式而言，方形、梯形較拱形、園形洞室或?qū)Э訋r爆更為嚴(yán)重。巖爆控制措施有多種，一旦確定了應(yīng)力集中區(qū)位置，就應(yīng)當(dāng)減少應(yīng)力，以減少爆裂危害。在國內(nèi)，目前常用控制巖爆措施有注水、鉆孔卸壓、錨桿－鋼絲網(wǎng)－噴射混凝土，效果尚好。深埋長大隧道在勘測設(shè)計階段怎樣評價和判斷巖爆問題，重要是考慮上述區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場條件（即當(dāng)深埋洞室軸線垂直或近于垂直地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場最大地應(yīng)力方向時易發(fā)生巖爆）和巖層條件（致密性脆巖層，節(jié)理密閉，尤其是在中厚層灰?guī)r中夾有薄層鈣質(zhì)脆硬性巖層時，應(yīng)予尤其注意）從而提出產(chǎn)生巖爆也許性和必要控制措施。國內(nèi)水電工程最早在漁子溪Ⅰ、Ⅱ級及映秀灣水電站隧洞中發(fā)生過巖爆，此后在白鶴灘、大崗山、二灘、太平驛水電站，天生橋二級引水隧洞中也出現(xiàn)過巖爆，并在魯布革水電站、三峽三斗坪壩址、拉西瓦水電站等出現(xiàn)鉆孔餅狀巖心。這一特異地質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)，引起了人們關(guān)注，并作了記載和報道。然而，直到70年代后期，某些研究者才在分析鉆孔餅狀巖心力學(xué)機制基本上，初步探討了巖爆發(fā)生、發(fā)展及預(yù)測防治。對于巖爆研究國內(nèi)外已經(jīng)有不少論述。從工程實用現(xiàn)點來看，常把有爆裂聲、有彈射圍巖忽然破壞現(xiàn)象稱為巖爆。可以看出巖爆所具有特性是：（1）從釋放現(xiàn)象看，破壞具有突發(fā)性；（2）從圍巖應(yīng)力角度看，波及集中－超限－破壞－轉(zhuǎn)移過程；（3）從能量變化角度看，波及匯集－消散過程（能量消散波及圍巖破壞做功、彈射、發(fā)震），當(dāng)匯集能量僅能導(dǎo)致圍巖忽然破壞而無剩余能量導(dǎo)致彈射、震動（可聽音）時，即為無可聽音巖爆（幾種巖爆定義中一種）。如下簡述國內(nèi)外某些實際工程中巖爆特性及巖爆分類。實際隧洞工程中巖爆特性（1）中華人民共和國，秦嶺隧道Ⅱ線（平導(dǎo)施工）巖性：混合片麻巖、條帶狀混合片麻巖、眼球狀混合花崗巖、花崗偉晶巖巖脈。埋深：200~1100m。巖爆特性：巖爆聲響既發(fā)生在掌子面，也發(fā)生在正在發(fā)生巖爆巖體處。高地應(yīng)力段洞室施工中，在剛開挖工作面可聽到巖體內(nèi)部沉悶巖體開裂聲，聲響大時如炮聲。平導(dǎo)掌子面處推進(jìn)至DyK77+172處，出完碴測量時，掌子面內(nèi)部便發(fā)出沉悶如炮聲巖體內(nèi)部開裂聲；有時發(fā)出“喀喀”聲響。這種聲音一般在剛開挖后20分鐘至6小時可以聽到，掌子面發(fā)生巖爆聲響可以持續(xù)至8~10小時。掌子面后部巖爆處巖體爆裂聲，一般輕微巖爆聲音，較為清脆，可以清晰地聽到“啪、啪”聲響；強烈?guī)r爆地段便可聽到“澎、澎”，同步夾有“噼、噼”聲響。由于巖爆劇烈程度不一樣和巖性不一樣，巖爆爆落體也各有不一樣。剝落型巖爆巖爆體多為一邊薄一邊厚，如砍刀狀；輕微彈射型巖爆多為細(xì)長橢圓片體，該片體中心厚周圍薄，片體大小一般由5×6×0.5（cm）~280×160×35（cm）不等；強烈拋射型巖爆體，多為四棱塊狀，塊體直徑一般為10~92cm。巖石礦物晶粒較小致密混合片麻巖，彈射型巖爆時在爆落體彈射出同步有一圈巖粉伴隨射出；巖石礦物結(jié)晶程度很好晶粒較大花崗偉晶巖，彈射型巖爆時在爆落體彈射出同步有一圈巖粉伴隨射出，同步在爆落巖體基巖表面有被扯破礦物晶體薄片，大小如指甲或銅錢；侵入脈體尖端巖爆往往較為劇烈，巖爆體多為塊體。（2）中華人民共和國，南盤江天生橋二級（壩索）水電站引水隧洞巖性：厚層塊狀灰?guī)r、白云巖。單軸抗壓強度：60~100MPa。埋深：130~760m。巖體初始應(yīng)力：σ1=25.8MPa。巖爆特性：隧洞共3條，每條長9.5km?；?guī)r、白云巖洞段長8km，砂、泥巖洞段長1.5km。洞徑9.5~10.8m，圓形斷面，用掘進(jìn)機和鉆爆法兩種措施施工。巖爆發(fā)生在灰?guī)r、白云巖洞段。其重要特點是：① 爆裂聲微弱，無彈射現(xiàn)象。在施工噪聲干擾狀況下，很少聽見巖爆聲響，偶爾聽到噼噼啪啪聲，不干脆劈柴扯破聲。頂板巖爆片自然落下，底板巖爆片仍堆積在原處。② 巖爆在隧洞橫斷面上具對稱性。在掘進(jìn)機施工洞段巖爆發(fā)生在洞壁左上方及右下方，鉆爆法施工洞段一般出目前洞兩側(cè)壁。③ 巖爆多發(fā)生在距掌子面4~10m洞壁上，少數(shù)發(fā)生在掌子面上。持續(xù)時間24h，后來一般不再發(fā)生新爆裂，僅在少數(shù)地方一種月后仍見脫塊現(xiàn)象。④ 巖爆規(guī)?？梢苑譃槿缦氯N類型：a.零星巖爆，面積0.5×0.5~2×2m2，零星分布在洞壁上（仍位于左上方及右下方）；b.大面積巖爆，寬3~4m，長（指沿洞線方向）10~20m；c.持續(xù)巖爆，寬2~3m，長度不不不小于10m，長達(dá)100~150m⑤ 破裂面類型：a. 劈裂剝落：劈裂面平行洞壁，巖片厚一般為0.5~15cm，個別薄如紙片，邊緣鋒利。掌子面上劈裂面平行掌子面，爆裂最大深度達(dá)1.3m（有裂隙面）。b. 板狀破裂：完整巖體破裂成巖板，巖板呈疊瓦狀排列，巖板厚（在鉆爆法洞段）5~20cm，個別厚達(dá)30~40cm。巖板與洞中心線夾角18°~20°，銳角指向掘進(jìn)方向。c. 塊狀破裂：破裂縫如同板狀破裂，破裂面呈雁行排列，與洞中心線夾角36°~40°，銳角指向掘進(jìn)方向，巖塊較厚（在掘進(jìn)機施工洞段）一般30~40cm，還受橫向破裂面切割形成巖塊。d. 磷片狀破裂：類似板狀破裂，只是巖片小而薄，巖片厚1~10cm，破裂面與洞中心有兩種狀況，一種夾角為36°~40°爆裂較深，一種夾角18°~20°爆裂甚淺。溶洞、暗河、大斷層中斷巖爆范圍延伸，較大巖爆距溶洞、暗河、大斷層距離為18~30m。小規(guī)模零星巖爆可出目前膠結(jié)好斷層帶上及溶蝕裂隙旁邊。（3）中華人民共和國，四川岷江漁子溪一級水電站引水隧洞隧洞巖性為中粒、中細(xì)?；◢忛W長巖及閃長巖，單軸抗壓強度為170MPa，埋深250~600m，洞壁切向應(yīng)力為30~45MPa。巖爆特性為：① 巖爆重要集中發(fā)生在隧洞拱肩處或右邊墻處（山體外緣一側(cè)），裂隙走向與洞線成銳角相交，出現(xiàn)片狀彈射。崩落或呈筍皮狀薄片剝落。② 新開挖洞體，在24h內(nèi)頂板巖石爆裂聲最明顯，之后逐漸減弱。③ 巖爆一般持續(xù)1~2個月，后來逐漸減少或趨于停止，個別地段在一年后仍有巖爆發(fā)生。（4）中華人民共和國，成昆鐵路成昆鐵路上官村壩隧道（震旦系灰?guī)r）、蓮地隧道（火成巖、變質(zhì)巖）、百家?guī)X隧道（灰?guī)r、白云巖）、沙木拉達(dá)隧道（砂巖）、窄板溝隧道巖爆特性：巖爆多在隧道施工爆破后一小時內(nèi)發(fā)生，巖爆地點重要在新開挖工作面及其附近頂板牛角灣處，發(fā)生前常持續(xù)發(fā)出“噼啪”響聲，爆出巖塊成片狀彈射或剝離。彈射距離一般2~3m，射出來巖塊多為中間厚、周圍薄菱片。開始拳頭大小、速度很快，后漸為蠶豆般碎石四散彈射，最大體積為0.5×0.4×0.007m，剝離巖塊體積可達(dá)2×1.3×0.2m。巖爆發(fā)生后有巖粉尾隨出現(xiàn)，如煙霧狀。（5）挪威，霍揚閣－蘭峽灣隧道巖性：前寒武系片麻巖。單軸抗壓強度：60~200MPa。埋深：110m。巖體初始應(yīng)力：σ1=34MPa，σ3=8MPa。巖爆特性：霍楊閣一端200m處開始在拱頂和掌子面上發(fā)生剝落和偶爾巖爆。從450m至貫穿處埋深大洞段邊墻發(fā)生剝落和巖爆。當(dāng)隧道穿過斷層帶、破碎帶和閃長巖透鏡體時，剝落發(fā)生位置也有某些變化。（6）挪威，赫古拉公路隧道巖性：片麻巖。單軸抗壓強度：67~210MPa。巖體初始應(yīng)力：σ1=24.8MPa，σ2=9.3MPa，σ3=6.6MPa。巖爆特性：發(fā)生1~2級巖爆（拉森斯分級），圍巖剝落，片落。（7）挪威，Sewage隧道巖性：花崗巖。洞壁應(yīng)力：75.4MPa。巖爆特性：圍巖發(fā)生劈裂。在巖爆最強烈處，持續(xù)劈裂發(fā)出噼噼啪啪爆裂聲。（8）瑞典，Ritsem廠房交通洞巖性：糜棱巖。埋深：130m。初始應(yīng)力：σv=12~20MPa,σH=10MPa。巖爆特性：洞頂忽然持續(xù)松脫。洞壁產(chǎn)生垂直平行巖板。每月加深0.5m，直至錨固。（8）蘇聯(lián)，阿爾帕－塞凡隧洞最大埋深：1230m。巖爆特性：巖爆和氣噴。巖石被拋到離工作面150m遠(yuǎn)處，形成大空洞，個別容積近2500m3。最大空洞尺寸超過設(shè)計輪廓線25m。（9）日本，關(guān)越隧道巖性：石英閃長巖。單軸抗壓強度：236MPa。埋深：730~1050m。巖爆特性：在10.9km隧道中有1.1km為巖爆危險區(qū)，巖爆有如下特點：1.巖爆在石英閃長巖中頻頻發(fā)生，而在角頁巖內(nèi)幾乎不發(fā)生，第一次巖爆大概45m2巖塊從掌子面突出，爆裂深度達(dá)4m。巖爆尤其集中，從湯澤洞口4420~4580m、4725~4845m、5180~5240m區(qū)間內(nèi)。2.巖爆與地下水親密有關(guān)，在無漏水北工區(qū)常常發(fā)生巖爆，而在涌水多南工區(qū)，沒有發(fā)生明顯巖爆。3.巖爆在掌子面記錄到次數(shù)是1417次，側(cè)壁只有16次。側(cè)壁巖爆發(fā)生在掌子面后方5~10m左右位置。4.掌子面巖爆多發(fā)生在左側(cè)。5.巖爆在剛爆破后劇烈，隨即安靜，有少數(shù)活化現(xiàn)象。6.（10）日本，新清水隧洞巖爆特性：巖爆發(fā)生在邊墻及掌子面，巖片飛散。巖片0.2×0.2~1.2×2.5m厚0.05~1.0m，開挖期劇烈，持續(xù)2~3月。（11）格蘭薩索公路隧道巖性：泥灰?guī)r、石英巖。埋深：200~1200m。巖爆特性：在里程4085m處，伴隨掌子面推進(jìn)，觀測到如下幾種現(xiàn)象：巖體中滲透水逐漸減少：RQD值逐漸減少到零；掌子面不穩(wěn)定，其體現(xiàn)形式為大塊石巖板發(fā)出爆裂聲，并同步射出大量巖石碎塊。破壞是沿節(jié)剪發(fā)生，而不是沿層面（具有不一樣程度螺旋線面）、交叉層面以及顯然穩(wěn)定巖層發(fā)生。在左隧道里程4240m處（此處覆蓋層厚1220m），出現(xiàn)了斷層密集交錯、特殊地質(zhì)構(gòu)造特性；在幾種爆破循環(huán)之后，大概過了15分鐘，隧道右壁忽然發(fā)生巖爆，噴射出大量巖塊。由于右側(cè)壁發(fā)生巖爆，并向洞內(nèi)噴入了大量巖塊，因而，導(dǎo)致拱頂巖石松動、掉落，并一直擴展到左側(cè)起拱線，其塌落體積達(dá)幾百m3。在掌子面附近幾米寬范圍內(nèi)巖爆最為嚴(yán)重，并沿右側(cè)壁擴展，致使用鋼筋和噴射混凝土支護(hù)40m長一段右側(cè)壁完全倒塌。巖爆分類為了保持圍巖穩(wěn)定，保證地下洞室施工開挖順利進(jìn)行，防止發(fā)生巖爆對機器設(shè)備和施工人員導(dǎo)致傷害，有目地對影響圍巖穩(wěn)定巖爆進(jìn)行分類是十分故意義事情。巖爆特性可以從多種角度去描述它，因而可以從多方面進(jìn)行分類或分級。例如，根據(jù)一次巖爆所釋放出能量大小，可以象劃分地震級那樣將其分級。又例如根據(jù)一次巖爆彈射巖片大小和體積多少可以分級。已見巖爆分類措施有如下幾種：（1）按變量系數(shù)分類法應(yīng)用巖體力學(xué)知識，提出了應(yīng)力釋放巖爆變量系數(shù)，從而評價圍巖穩(wěn)定性。巖爆變量系數(shù)體現(xiàn)式如下：（2-1）式中KW——巖爆變量系數(shù)（MPa）；σmax——應(yīng)力場最大主應(yīng)力（MPa）；P——側(cè)應(yīng)力系數(shù)（水平應(yīng)力／垂直應(yīng)力）；E——彈性模量（MPa）；α——主應(yīng)力水平夾角。按變量系數(shù)KW進(jìn)行分類：當(dāng)KW<0.1 為圍巖穩(wěn)定，預(yù)測無巖爆發(fā)生當(dāng)KW=0.1~0.3 為圍巖基本穩(wěn)定，預(yù)測也許發(fā)生弱巖爆當(dāng)KW>0.3~0.6 為圍巖穩(wěn)定性差，預(yù)測也許發(fā)生中等巖爆當(dāng)KW>0.6 ，為圍巖穩(wěn)定性很差，預(yù)測也許發(fā)生強烈?guī)r爆（2）按巖爆活動性分類法挪威羅申斯（Russenes）將巖爆活動性分為四級，其詳細(xì)分級如表2所示。表2巖爆分級表巖爆級別描述無無巖爆，無巖石應(yīng)力引起不穩(wěn)定問題，巖石中無聲音輕微低巖爆活動性，有使巖石松弛與開裂趨勢，巖石中略有聲音中等中等巖爆活動性，巖石大量成片或松弛，有隨時間發(fā)生周界變形趨勢，巖石中有強烈開裂聲強烈高度巖爆活動性，開挖后邊頂拱上即有嚴(yán)重掉塊，底拱上成片狀破裂或拱起，洞壁有嚴(yán)重破碎和變形，響聲如槍聲（3）按巖爆特性分類法（一）根據(jù)上述公式和分級，結(jié)合國內(nèi)某些大中型水電工程所發(fā)生巖爆特性，提出巖爆分類，如表3所示。表3巖爆分類表巖爆類型特征松動脫落圍巖呈塊、板、片狀爆裂，聲響微弱，偶爾可以聽見噼噼啪啪響聲、無彈射現(xiàn)象。在頂板巖爆塊自由墜下，在底板巖爆塊堆積原處爆裂彈射型巖片彈射及巖粉噴射，爆裂聲響如槍聲。彈射巖片最大不超過0.3m3，有拳頭大小者和粉末煙霧者，彈射巖片可傷人，對機械、隧洞無大影響爆炸沖擊型巨石沖擊，聲響巨大，巖塊體積達(dá)數(shù)立方米至數(shù)十立方米。巖塊沖擊拋射距離達(dá)一、二十米，巖塊對機械、支護(hù)有損害，但其震動不會導(dǎo)致太大損害圍巖深部地震型由于地下洞室開挖靠近斷層、巖脈，從而引起斷層、巖脈聚積能量孕震，在圍巖深部產(chǎn)生地震（4）按巖爆特性分類法（二）國內(nèi)汪澤斌從工程實踐觀點出發(fā)，提出重要根據(jù)感官感覺到巖爆特性，著眼于危害方式，危害程度，防治對策等原因進(jìn)行分類措施。這樣分類長處在于不受有否詳細(xì)儀器測試資料限制。這種分類尚有一種考慮就是試圖用多種模式來描述巖爆特性及發(fā)生機理。該分類法分為：破裂松脫型，爆裂彈射型，爆炸拋實型，沖擊地壓型，遠(yuǎn)圍巖地震型，斷裂地震型六種型式。1）破裂松脫型圍巖成塊、板、鱗片狀爆裂，爆裂聲響微弱，偶爾可聽見劈劈啪啪響聲，彈射距離很小，在頂板巖爆塊重要是墜落，在底板巖爆板堆積在原處。經(jīng)典代表如：① 南盤江天生橋二級（壩索）水電站引水隧洞。隧洞共3條，每條長9.5km。灰?guī)r、白云巖洞段長8km，砂、泥巖洞段長1.5km。洞徑9.5~10.8m，圓形斷面，用掘進(jìn)機和鉆爆法兩種措施施工。巖爆發(fā)生在灰?guī)r、白云巖洞段，其重要特點是：a. 爆裂聲微弱，彈射很小，在施工噪聲干擾狀況下，很少聽見巖爆聲響，偶而聽見劈劈啪啪聲、不干脆劈柴扯破聲、冰層開裂聲，頂板巖爆片自然落下，某些地段有彈射現(xiàn)象，底板巖爆片仍堆積在原處。b. 巖爆在隧洞橫斷面上具對稱性。掘進(jìn)機施工洞段巖爆發(fā)生洞壁上方及右下方（面對掌子面）兩爆裂坑中心連線傾角67°~90°，鉆爆法施工洞段某些洞段兩側(cè)壁，某些在右頂部。c. 巖爆多數(shù)發(fā)生在距掌子面4~10m洞壁上，少數(shù)發(fā)生在掌子面上，巖爆活躍期為半小時至數(shù)小時，持續(xù)時間24小時，后來一般不再發(fā)生新爆裂，僅少數(shù)地方一種月后仍見脫塊現(xiàn)象。d. 巖爆破裂可分如下三種類型：A：零星巖爆：面積0.5×0.5~2×2m2，零星分布在洞壁上（仍位于左上方及右下方）。B：大面積巖爆，寬3~4m，指沿洞線方向長10~20m。C：持續(xù)巖爆寬2~3m，長度不不不小于10m，長達(dá)100~150me. 巖爆破裂坑深度重要受圍巖應(yīng)力和強度控制，在厚層塊狀、整體狀白云洞段，巖石單軸抗壓強度達(dá)100~120MPa。巖體初始應(yīng)力雖達(dá)31MPa，爆裂坑深度僅為0.5~0.8m。而在角礫狀灰?guī)r洞段，由于角礫狀灰?guī)r中有方解石細(xì)脈穿插，巖體初始應(yīng)力25MPa，巖爆坑深度卻達(dá)1.5~2.0m，當(dāng)薄層——中厚層泥質(zhì)條帶灰?guī)r（含碳巖）層面平行洞壁最大切應(yīng)力時，巖爆深度亦很大，達(dá)1~2m。f. 距大溶洞、暗河、斷層帶18~30m范圍內(nèi)無大巖爆產(chǎn)生，但小規(guī)模零星巖爆可以出目前膠結(jié)好斷層帶上及溶蝕裂隙旁邊。② 瑞典Vietas水電站2、3號發(fā)電洞。兩條隧洞中巖爆特性皆為劈裂，有平啪聲，開裂聲。劈裂面大多數(shù)平行掌子面。在2號隧洞中巖爆發(fā)生在前寒武系基底巖中，劈裂面平行于橫交洞線陡傾（60~85°）層面（母巖層面清晰，但未曾破裂）。3號隧洞為寒武系水平粉砂巖，巖爆產(chǎn)生兩組破裂面，一組沿層面，層面充填石英、方解石、綠泥石，開挖時這些層面張開，在洞頂超挖，形成平頂。另一組破裂面平行掌子面，垂直或陡傾，傾向東，間距15~60cm，偶爾可見間距不不小于5cm。2）爆裂彈射型其巖爆特性是：巖片彈射及巖粉噴射，爆裂聲響如槍聲，彈射巖片最大不超過1/3m3，有5~10cm直徑者，拳頭大小者，粉末煙霧者。危害重要為彈射巖片傷人，于機械、隧道無多大影響。經(jīng)典代表如：① 漁子溪一級電站引水隧洞出現(xiàn)片狀彈射、崩落或呈筍皮狀薄片剝落；新開挖洞體，在24小時內(nèi)頂板巖石爆裂聲最明顯，之后逐漸減弱；巖爆一般持續(xù)1~2個月，后來逐漸減少或趨于停止，巖石表面逐漸變潮。個別地段在一年后來仍有巖爆發(fā)生。② 成昆鐵路上官村壩隧道、蓮地隧道、沙本拉達(dá)隧道、窄板溝隧道、百家?guī)X隧道。巖爆多在隧道施工后一小時內(nèi)發(fā)生，巖爆地點重要在新開挖工作面及其附近頂板尖角處，發(fā)生前常持續(xù)發(fā)出“霹啪”響聲。爆出巖塊成片狀彈射或剝離。彈射距離一般2~3m，射擊出來巖塊，多為中間厚，周圍薄菱片。開始拳頭大小，速度很快，后漸為蠶豆般碎石四散彈射，最大體積為0.5×0.4×0.007m，剝離巖塊體積可達(dá)2×1.3×0.2m，巖爆發(fā)生后有巖粉尾隨出現(xiàn)，如煙霧狀，發(fā)生巖爆后洞壁巖面一般光滑平整。屬于這種類型尚有挪威Hφyanger-Lanefjord隧道、Heggura公路隧道、污水隧道、瑞典Juktan抽水蓄能電站隧洞、Forsmark核電站隧洞、蘇聯(lián)拉斯豐恰爾礦、基洛夫礦等。3）爆炸拋實型巨石拋射，聲響如炮彈，拋石體積數(shù)立方米，至數(shù)十立方米。拋射距離數(shù)米至一、二十米，拋石對機械、支撐有損害，但震動不導(dǎo)致大損害，如：挪威Sima地下電站，洞壁呈蛋殼狀劈裂，有嚴(yán)重彈射現(xiàn)象，一次2×2×0.5m巖塊拋射20m，擊中對壁。又如日本關(guān)越隧道一次大巖爆，從掌子面拋出45m3巖塊，爆裂深度達(dá)4m，在巖爆尤其集中340m洞段，發(fā)生巖爆1433次，（其中掌子面1417次，側(cè)壁16次）。再如日本新清水隧道，巖爆發(fā)生在邊墻及掌子面，巖片飛散，巖片0.2×0.2~1.2×2.5m，厚0.05~1.0m，開挖期劇烈，持續(xù)2~3沖擊地壓型、遠(yuǎn)圍巖地震型、斷裂地震型多發(fā)生在煤礦施工過程之中，在此不再多敘。巖爆斷裂破壞機制巖爆原因是具高蓄能特性硬脆性巖體中，積蓄應(yīng)變能忽然釋放，發(fā)生過程卻是巖體斷裂破壞。斷裂力學(xué)是研究材料尤其是金屬材料脆斷破壞一門新學(xué)科，目前已逐漸引用于巖石力學(xué)領(lǐng)域，研究巖體破壞現(xiàn)象。斷裂力學(xué)有三種基本斷裂破壞模型，即Ⅰ型（張開型）裂紋，Ⅱ型（剪切型）裂紋及Ⅲ型（撕斷型）裂紋。而巖爆反應(yīng)了巖體中裂紋參數(shù)、巖體應(yīng)力狀態(tài)及巖體自身斷裂強度（斷裂韌性）之間關(guān)系。當(dāng)決定于巖體中裂紋尺寸參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力強度因子不不不小于或等于巖體斷裂韌性時，便產(chǎn)生迅速斷裂破壞或不穩(wěn)定擴張，產(chǎn)生巖爆。與巖體抗拉、抗壓及抗剪強度同樣，巖體斷裂韌性亦是巖體所固有一種強度指標(biāo)，因而稱做斷裂強度，且不一樣裂紋型式其值是不相似。產(chǎn)生巖爆硬脆性巖體，具有整體塊狀完整構(gòu)造，但其中卻存在數(shù)目眾多呈隨機分布微裂隙及隱微裂隙。洞室開挖變化了圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)，在圍巖尤其是洞壁部位產(chǎn)生明顯應(yīng)力集中，不僅在一定范圍內(nèi)也許產(chǎn)生拉應(yīng)力，并且在靠近洞壁部位剪應(yīng)力亦最大。這就為巖爆提供了必要應(yīng)力條件，決定著圍巖斷裂破壞。由于巖體中微裂隙隨機性及洞壁應(yīng)力復(fù)雜性，巖爆往往不是單一型裂紋斷裂破壞，一般為Ⅰ型及Ⅱ型裂紋復(fù)合問題，在這種狀況下，從工程角度來看可以采用下述斷裂準(zhǔn)則，即：KⅠ＋KⅡ≥KIC（2-2）這里KⅠ及KⅡ分別為復(fù)雜受力條件下斷裂擴張Ⅰ型裂紋及Ⅱ型裂紋應(yīng)力強度因子，KIC為巖體Ⅰ型裂紋斷裂韌性（強度）。洞室開挖后，圍巖巖爆既可以隨時發(fā)生，亦可以延續(xù)發(fā)生，這不僅決定于圍巖受力狀態(tài)，并且還與巖體應(yīng)力腐蝕特性有關(guān)。應(yīng)力腐蝕是巖體裂隙在介質(zhì)中穩(wěn)定擴張?zhí)匦?，地下洞室中常具地下水，對巖體斷裂破壞起應(yīng)力腐蝕介質(zhì)作用。在一般狀況下介質(zhì)對斷裂破壞應(yīng)力腐蝕存在圖中所示關(guān)系。巖爆是高應(yīng)力硬脆巖體中常用一種巖石破壞現(xiàn)象。地下洞室?guī)r爆常以片狀剝落形式出現(xiàn)，形成蔥皮狀構(gòu)造。產(chǎn)生巖爆需要一定應(yīng)力條件及巖體構(gòu)造和性質(zhì)條件。一般多為完整整體塊狀構(gòu)造及厚層狀構(gòu)造，巖石硬脆，單軸抗壓強度在1500kg/cm2以上，聲波速度不不不小于6000m/s，且只有當(dāng)巖體初始應(yīng)力場最大主應(yīng)力與巖塊單軸抗壓強度之比值不不不小于0.15~0.2高應(yīng)力條件下才也許發(fā)生。洞室軸向布置即與初始應(yīng)力場最大主應(yīng)力關(guān)系及洞室斷面形狀亦是明顯地影響著巖爆，洞軸與最大主應(yīng)力垂直且洞室具非平滑輪廓時輕易產(chǎn)生巖爆，由于這時洞壁圍巖應(yīng)力集中最嚴(yán)重，洞壁超欠挖亦惡化了圍巖應(yīng)力集中程度，使巖爆更輕易發(fā)生。從宏觀現(xiàn)象上來看巖爆本質(zhì)是彈性應(yīng)變能大量忽然釋放，但其發(fā)生機制是巖體斷裂破壞。巖體中存在數(shù)目眾多呈隨機分布微裂隙，為巖體斷裂破壞提供了必要裂紋條件，這里裂紋受到復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)作用及應(yīng)力腐蝕，從而使巖爆具延時及延續(xù)發(fā)生特點。賈愚如等人提出巖爆判據(jù)國內(nèi)賈愚如、范正綺等人通過對國內(nèi)大型水電工程巖爆實測計算以及對國內(nèi)外大量資料記錄分析后認(rèn)為：高地應(yīng)力不是巖爆發(fā)生唯一條件，巖爆發(fā)生尚與圍巖儲存彈性應(yīng)變能力以及圍巖變形速度等原因有關(guān)，其破壞為脆性斷裂。并在此基本上提出了一種簡要巖爆判據(jù)，可為水工地下洞室設(shè)計和施工提供預(yù)測巖爆根據(jù)。如下所述是該研究論文重要內(nèi)容。巖爆特性及破壞機理通過對巖爆觀測和分析，不難看出巖爆具有如下特性。這些特性從不一樣角度揭示出圍巖動力失穩(wěn)力學(xué)原因，對認(rèn)識、研究巖爆機制大有協(xié)助。（1）圍巖應(yīng)力與單軸抗壓強度比值，在較低狀況下就也許出現(xiàn)巖爆?，F(xiàn)摘錄幾種實測數(shù)據(jù)列在表4中。表4發(fā)生巖爆時σθ（或σ1）/σc比值地點工程名稱巖石種類切向應(yīng)力σθ（或σ1）（MPa）單軸抗壓強度σc（MPa）σθ（或σ1）/σc中華人民共和國天生橋引水隧洞二灘水電站3號洞漁子溪引水洞瀑布溝水電站太平驛水電站白云質(zhì)灰?guī)r正長巖花崗閃長巖閃長花崗巖花崗巖30.090.0(30~45)*21.7*31.3*88.7220.0170.0123.0165.00.300.410.17~0.270.180.19蘇聯(lián)拉斯豐恰爾礦基洛夫礦霓霞石－磷霞石霓霞石－磷霞石63~11751~110180.0170.00.35~0.650.30~0.65美國愛達(dá)荷州CAD礦（A）愛達(dá)荷州CAD礦（B）石英巖石英巖66.0*52.0*190.0190.00.350.27瑞典維斯塔輪水洞石英巖40＊180.00.221）σθ為實測圍巖最大切向應(yīng)力2）*為實測壩址區(qū)最大地應(yīng)力σ1（2）巖爆多發(fā)生在新鮮、完整及堅硬巖石中，在爆裂面上，一般肉眼觀測不到明顯裂隙。所謂完整巖體是指裂隙間距相對較大、宏觀上沒有貫穿巖體。巖塊破裂不是沿裂隙面發(fā)生，而是巖石內(nèi)部裂紋擴展成果。根據(jù)國內(nèi)外34個曾發(fā)生過巖爆工程記錄，發(fā)生在完整、堅硬巖漿巖中約占總數(shù)70％，在新鮮堅硬變質(zhì)巖及沉積巖中約占30％。其單軸抗壓強度一般均在60MPa以上。如天生橋二級引水隧洞2號支洞，發(fā)生巖爆洞段為：0＋230~0＋500（σc＝100MPa，巖石完整系數(shù)0.90）；0＋645~0＋880（σc＝80MPa，巖石完整系數(shù)0.75）；0＋920~0＋936（σc＝80MPa，巖石完整系數(shù)0.90）。上述特性反應(yīng)了巖爆發(fā)生巖性條件。新鮮完整及堅硬巖石近似于彈性體，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線近于直線。只有這樣，巖石才能積聚大量彈性應(yīng)變能，使斷裂面巖塊獲得足以彈射動能。假如存在著明顯裂隙、節(jié)理以及受力后產(chǎn)生較大塑性變形，則外力功將過多被耗散，失穩(wěn)巖塊就不也許獲得足夠動能。（3）巖爆一般發(fā)生在洞室開挖后數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)，也有持續(xù)一至幾種月后逐漸減弱或停止。一般而言，比較劇烈?guī)r爆多發(fā)生在開挖后數(shù)小時內(nèi)。洞室開挖后，圍巖應(yīng)力有一種調(diào)整過程，其時間長短與巖石構(gòu)造等原因有關(guān)，一般在很短時間內(nèi)就可完畢。對持續(xù)數(shù)月才能減弱或終止現(xiàn)象有不一樣解釋：有人指出這是巖體變形時間效應(yīng)所致。然而；發(fā)生巖爆巖體近似于彈性體，這種巖石在短時間內(nèi)（幾種月到一年）蠕變量是有限；從下面蠕變試驗成果中將可以看出這一點。綜上所述，發(fā)生巖爆巖體雖然在宏觀上是完整，但在微觀上其內(nèi)部存在著許多隨機分布微裂隙，或用常規(guī)手段無法發(fā)現(xiàn)非常小不均勻粒子，當(dāng)圍巖受力后其中處在最不利方向裂隙端部，將會產(chǎn)生極高集中拉應(yīng)力，這個應(yīng)力足以克服分子引力導(dǎo)致內(nèi)聚力，使裂隙端部產(chǎn)生新拉伸破裂。一般狀況下，巖體宏觀破裂并非是單個裂紋擴展形成，并且單個裂紋擴展方向與宏觀方向也不一致。只有當(dāng)微裂隙破裂和相鄰裂隙互相連通起來，逐漸形成裂隙帶后，才有也許從微觀破裂發(fā)展成為宏觀破壞。而宏觀破壞形態(tài)，也許是剪切或張性破裂，這取決于巖石構(gòu)造和裂隙開展方向等多種原因。由此可以得出，巖爆破壞進(jìn)程可以分為三個階段：低應(yīng)力狀態(tài)下微裂紋擴展→微裂隙互相貫穿，形成宏觀破壞→巖體中貯存彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，使破裂巖塊以不一樣速度彈射出去，即為巖爆。（4）室內(nèi)試驗成果圍巖應(yīng)力是導(dǎo)致巖爆發(fā)生外部條件，但不是充足條件。由于巖石構(gòu)造和構(gòu)造不一樣，變形特性也不相似，因此在相似應(yīng)力條件下，圍巖發(fā)生巖爆與否，尚取決于巖體變形特性，這可以用巖石彈性能量指數(shù)（WET）體現(xiàn)。當(dāng)對巖石試件加載時，外力所作功（W）等于：（2-3）所謂彈性能量指數(shù)是指加載到0.70~0.80σc時，再卸載到0.05σc，這時卸載釋放出彈性應(yīng)變能（E2）與耗散應(yīng)變能（E1）之比，用WET體現(xiàn)，則有： （2-4）彈性能量指數(shù)大小，可反應(yīng)巖石具有爆裂傾向程度。這里，咱們用天生橋水電站等地11種巖石進(jìn)行測試，其成果列于表5。從表5可以看出：天生橋、二灘、太平驛及瀑布溝水電站實測WET值，分別為6.6，7.3，9.0和5.0，其值不不不小于或等于5.0，且應(yīng)力比值σθ/σc>0.30，因此它們在不一樣程度上都發(fā)生了巖爆。而李家峽、龍羊峽和魯布革水電站實測WET值，分別為5.7、7.4和7.8，也都不不不小于5.0，然而應(yīng)力比值卻不不小于0.30（龍羊峽實測最大地應(yīng)力σ1＝9.4MPa，李家峽σ1＝5.5MPa，魯布革σ1＝17MPa。假如將σ1換算成σθ，再與σc相比，其比值均不不小于0.30），卻不曾發(fā)生巖爆。這表明，WET值只反應(yīng)了巖性條件，即是說巖體只具有發(fā)生巖爆內(nèi)在原因是不夠，同步必須滿足應(yīng)力條件，即圍巖應(yīng)力要到達(dá)臨界值，才也許出現(xiàn)巖爆；反之亦然。表5若干工程彈性變形能指數(shù)測定成果工程名稱巖性抗壓強度σc(MPa)抗拉強度σt(MPa)彈性模量E(104MPa)εs/εσt/σc試件數(shù)量備注天生橋引水隧洞白云質(zhì)灰?guī)r88.73.75.60.876.60.04239發(fā)生巖爆二灘水電站3號支洞正長巖220.07.45.90.937.30.03445發(fā)生巖爆龍羊峽水電站花崗巖178.05.76.70.957.40.03212未發(fā)生巖爆魯布革水電站灰?guī)r150.05.46.60.967.80.0365未發(fā)生巖爆龍門水庫粘土質(zhì)砂巖52.03.71.00.741.30.0706未發(fā)生巖爆黃石市大理巖99.74.85.30.883.80.0489未發(fā)生巖爆漁子溪引水洞花崗閃長巖170.0發(fā)生巖爆太平驛水電站閃長巖165.09.47.20.949.00.0576發(fā)生巖爆瀑布溝水電站花崗巖123.06.10.855.06發(fā)生巖爆李家峽水電站黑云母角閃斜長片巖115.010.00.985.7未發(fā)生巖爆巖爆鑒別準(zhǔn)則巖爆是由圍巖應(yīng)力狀態(tài)、巖體強度、變形特性、巖體賦存環(huán)境、洞室布置和開挖措施等多種原因綜合影響成果。咱們一般說巖爆是巖體具有高地應(yīng)力一種體現(xiàn)形式，這是說高地應(yīng)力是巖爆發(fā)生一種外部主導(dǎo)原因，而內(nèi)因則取決于巖體變形特性等。假如外力不超過一定臨界值或者巖石具有產(chǎn)生大量塑性變形能力，那么巖石就不會發(fā)生脆性破壞，而是在產(chǎn)生靜態(tài)彈性變形之后，以塑性破壞形式出現(xiàn)。根據(jù)內(nèi)外大量實測成果及記錄分析，提議對新鮮、完整及堅硬圍巖，采用下列鑒別式預(yù)測巖爆。(2-5)式中系數(shù)根據(jù)圍巖切向應(yīng)力和洞軸線方向應(yīng)力之比而定。即：σ軸／σθ 系數(shù)假如圍巖裂隙發(fā)育、巖體破碎、強度較低時，其破壞機制有所變化，這時構(gòu)造面起控制作用，局部圍巖也許沿裂隙、節(jié)理或其他軟弱面發(fā)生剪切或劈裂，其破壞形態(tài)為坍落、滑移或其他非彈射形式破壞。如碧口水電站為千枚巖，單軸抗壓強度12MPa，圍巖最大切向應(yīng)力（計算值）8.4MPa，兩者之比為0.70，遠(yuǎn)不不不小于0.30，但其破壞形態(tài)為冒頂、坍方和邊墻內(nèi)鼓，并無巖爆發(fā)生。從分析研究中得出重要結(jié)論：（1）巖爆是巖體具有高地應(yīng)力一種體現(xiàn)形式。但高地應(yīng)力不是巖爆發(fā)生唯一條件，尚與圍巖儲存彈性應(yīng)變能力等原因有關(guān)。（2）水工地下洞室發(fā)生巖爆時，圍巖應(yīng)力與單軸抗壓強度之比約為1／3。這是巖體在低應(yīng)力狀態(tài)下脆性斷裂。（3）巖爆多發(fā)生在新鮮、完整及堅硬巖石中，這是巖性條件。但假如圍巖裂隙發(fā)育，強度較低，則其破壞機制有所變化，一般是坍方和內(nèi)鼓，無巖爆發(fā)生。（4）在綜合考慮巖石應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)基本上提出巖爆判據(jù)，較單一應(yīng)力判據(jù)更為完善。據(jù)此可以預(yù)測洞室與否會發(fā)生巖爆，以便使咱們可以采用對應(yīng)對策，防止或減緩巖爆對人身和機械設(shè)備所導(dǎo)致危害。巖爆防治處理世界各國在與巖爆作斗爭中，總結(jié)了許多防治措施，歸納起來有：改善圍巖應(yīng)力、變化圍巖性質(zhì)、加固圍巖、改善施工措施及防護(hù)等幾種措施。改善圍巖應(yīng)力措施從強度理論角度看，巖爆是一種破壞，伴隨著破壞釋放能量而導(dǎo)致震動、拋突、坍落、堵塞等災(zāi)害，因而假如能使圍巖應(yīng)力不不小于圍巖強度就不會發(fā)生巖爆，要達(dá)此目有如下幾種措施：（1）謹(jǐn)慎確定地下洞室穿行方位在設(shè)計階段，選定地下洞室穿過方位時，根據(jù)區(qū)域性構(gòu)造地質(zhì)所提供資料，盡量回避處在活躍期褶斷帶，不要使洞室施工導(dǎo)致大、老構(gòu)造復(fù)活或形成所構(gòu)造誘發(fā)原因。這就可防止承受復(fù)雜而巨大地質(zhì)應(yīng)力破壞作用，也波及施工中巖爆襲擊。這需要作過細(xì)工程地質(zhì)工作。（2）在布置地下工程時，應(yīng)盡量使長軸方向與最大主應(yīng)力平行，這樣可以減小洞壁圍巖切向應(yīng)力。（3）在開挖爆破時，采用短進(jìn)尺，多循環(huán)亦可以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)。（4）選用合適洞形，以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)。（5）變化導(dǎo)坑段面形狀在開挖過程中，變化導(dǎo)坑斷面形狀，將一般采用梯形面改為弧形拱頂。這不僅減小了圍巖壓力，更重要是有助于巖層隱藏彈性勢能從急變緩地釋放，也改善了臨時支護(hù)受力狀態(tài)。恰當(dāng)提高拱頂開挖高度，一般提高0.3m，有助于襯砌混凝土施工時時臨時支護(hù)拆換和模板安裝。（6）斷頂法這是門頭溝煤礦長期探索出來一種治理沖擊地壓措施。斷頂法施工要點和重要目是：在待采煤體隔離煤柱一側(cè)老采空區(qū)內(nèi)，對大面積懸空頂板進(jìn)行人工強制局部崩落，形成寬略6m，深為6~8m一條溝，用以人工調(diào)配頂板應(yīng)力分布，減小待采煤體開采后應(yīng)力集中，減弱空區(qū)頂板與待采區(qū)頂板巖層力學(xué)聯(lián)絡(luò)，防止沖擊地壓。（7）回填法回填法在南非金礦中用得較多，在采空區(qū)回填廢碴，回填有兩個長處：第一，減少礦坑跨度，減少最終收斂量及每一次回采礦中誘發(fā)位移，第二，圍巖壓密回填物質(zhì)必然做功，圍巖可以釋放能量。（8）解除應(yīng)力法人為地解除應(yīng)力措施是頗為積極措施。該措施是在預(yù)測也許發(fā)生巖爆洞段內(nèi)，通過人工進(jìn)行垂直于掌子面超深鉆孔施爆工作，導(dǎo)致掌子面內(nèi)相稱深度地方成為一種破碎帶，以減輕掌子面上壓力，從而使巖爆烈度和影響范圍得以減少，雖然在具足夠大高應(yīng)力區(qū)內(nèi)產(chǎn)生突發(fā)性較大巖爆，也會因破碎帶緩沖效應(yīng)，使其危害程度大為減小，從而保證施工人員安全，這種人工解除應(yīng)力措施還可以產(chǎn)生增大掌子面破裂帶寬度效應(yīng)，以及產(chǎn)生把高應(yīng)力峰值從掌子面移動到實體巖石效應(yīng)，以及產(chǎn)生把高應(yīng)力峰值從掌子面移動到實體巖石效應(yīng)。實行該措施問題重要是應(yīng)力解除孔鉆進(jìn)深度、時間間隔以及裝藥量等，均需視實際狀況而定，一般似應(yīng)保證在掌子面前方至少有幾米厚破碎巖石緩沖帶存在。通過多次實踐證明，實行應(yīng)力解除成果，不僅可以用于減少一般巖爆影響，并且還可用于哪些為數(shù)不多嚴(yán)重巖爆中，由此而使因巖爆引起傷亡人數(shù)和延誤施工時間明顯減少并在心理上予以施工人員極大安慰。此外，在進(jìn)行人工應(yīng)力解除爆破同步偶爾發(fā)生輕微巖爆，防止了發(fā)生突發(fā)性巖爆條件形成和劇烈?guī)r爆發(fā)生，這一點對不可防止巖爆發(fā)生來講，是控制巖爆發(fā)生重要手段。對于人工應(yīng)力解除措施未能防止巖爆發(fā)生狀況，也許與巖石殘痕以及哪些由于自然原因或人工原因應(yīng)力已被解除地方有關(guān)。采用儀器理解應(yīng)力解除爆炸破裂效應(yīng)，從而給出掌子面前方破碎帶擴大范圍以及巖石破碎程度，有助于有關(guān)多種變量組合到達(dá)最大效應(yīng)。應(yīng)力解除法應(yīng)用經(jīng)實踐檢查證明，不僅原理對旳，并且也可以實際應(yīng)用，是防治巖爆有利措施之一，其存在問題有待在實踐中探索改善。變化圍巖性質(zhì)措施（1）鉆孔壓力注水法應(yīng)用鉆孔水力劈裂法向孔內(nèi)進(jìn)行高壓注水，導(dǎo)致巖體產(chǎn)生裂縫，到達(dá)緩減應(yīng)力集中、減弱巖爆目，也是一種常常采用措施。在國內(nèi)煤炭部門，廣泛使用對煤層預(yù)注水法以變化煤變形及強度特性。煤試樣浸泡水后來動態(tài)破壞時間增長，能量釋放率明顯下降。煤層壓力注水一般有兩種方式，一是煤層開采前進(jìn)行壓力預(yù)注水，使煤體濕潤，減緩和消除煤沖擊能力，這是一種積極積極區(qū)域性防治措施。第二種是對工作面前方局部應(yīng)力集中帶進(jìn)行高壓注水，以減緩應(yīng)力集中，解除沖擊危險。是一種局部解危措施。（2）表面噴水法爆破后及時向工作面及附近洞壁巖體噴灑高壓水，以減少巖體強度，增強塑性，減弱巖體脆性，減少巖爆劇烈程度；同步可以起到降溫除塵作用。也可運用炮孔和錨桿孔向巖體深處注水，以獲得更佳效果。（3）改善施工措施① 將深孔爆破改為淺孔爆破，減少一次裝藥量，拉大不一樣部位炮眼雷管段位間隔，從而延長爆破時間，減輕爆破對圍巖影響，減小爆破動應(yīng)力場疊加，減少巖爆頻率和強度。② 變化洞室開挖斷面形狀，把洞室直接或近似開挖成對應(yīng)于巖爆后圍巖穩(wěn)定洞室形狀，如“A”字形、不規(guī)則梯形等，從而減小巖爆程度。③ 在強烈?guī)r爆區(qū)用臺車打應(yīng)力釋放孔。加固圍巖措施對已開挖洞壁進(jìn)行加固以及掌子面前方超前錨固，其作用有兩個，第一，改善掌子面及1~2倍洞徑洞段內(nèi)圍巖應(yīng)力狀態(tài)，由于支護(hù)作用，不僅變化應(yīng)力大小分布，并且還使洞壁從單軸應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)。第二，防護(hù)作用，防止彈射、塌落等事故。一般加固措施有如下幾種：（1）噴混凝土法此法可用于弱巖爆洞段。對巖壁進(jìn)行噴混凝土，厚度一般為5~10cm。（2）噴鋼纖維混凝土法噴鋼纖維混凝土，由于鋼纖維混凝土具有較大柔性和抗剪能力，因而，可以承受較大變形而不使表層開裂。鋼纖維混凝土比較適合處理輕微巖爆。（3）錨桿法錨桿是加固和治理中等巖爆最有效措施之一，及時施作錨桿不僅可以加固巖體，還可以變化洞壁巖體應(yīng)力狀態(tài)，變化巖爆觸發(fā)條件，控制巖爆發(fā)生前兩個階段發(fā)展，從而到達(dá)防止巖爆發(fā)生目。錨桿應(yīng)在離掌子面兩倍洞徑范圍內(nèi)施作，或超前施作；錨桿長度一般不不不小于2.5m，間距一般視現(xiàn)場狀況定；錨桿類型一般選用機械式錨桿、摩擦錨桿、膨脹錨桿。在日本關(guān)越隧道，為防止掌子面巖爆飛石導(dǎo)致傷亡，進(jìn)行短進(jìn)尺爆破。將原籌劃3m改為0.9~1.2m，掌子面采用3m長錨桿進(jìn)行錨固，爆破后錨桿剩余長度起加固作用。然后再用3m長錨桿進(jìn)行錨固，錨固后再打炮眼，進(jìn)行下一循環(huán)爆破。邊墻采用鋼支撐和鋼板樁支撐。在挪威Hφyanger-Lanefjord隧道中，用系統(tǒng)錨桿及鋼纖維噴砼加固發(fā)生巖爆洞壁，獲得了滿意效果。在挪威Sima電站地下廠房，發(fā)生嚴(yán)重巖爆，用3~8m長錨桿錨固，并進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼處理。在瑞典Ritsen地下廠房交通洞中，頂板持續(xù)松脫，每月加深0.5m，用錨桿制止了劈裂擴展。（4）噴錨法和掛網(wǎng)噴漿法對于巖爆后殘留巖片較多且危及安全時，可采用噴錨法處理，用錨桿加固后再行噴漿，錨桿深度一般為3~4m，間距1~2m；對于殘留巖片較普遍時，則需采用掛網(wǎng)噴漿法以防掉塊。（5）錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，合用于中等和強烈?guī)r爆區(qū)，除了安裝系統(tǒng)錨桿外，還可配合掛鋼筋網(wǎng)和噴混凝土，也可用噴鋼纖維混凝土替代掛網(wǎng)噴護(hù)。（6）鋼拱架支護(hù)和混凝土襯砌支護(hù)（7）開縫式錨管支護(hù)在美國愛達(dá)華州某礦井，對因埋深大及巖體內(nèi)存在水平應(yīng)力等原因，導(dǎo)致該礦開采面及附近地區(qū)出現(xiàn)震級達(dá)里希特震級2~6級巖爆處理措施是采用開縫式錨管，對認(rèn)為也許發(fā)生巖爆區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，其詳細(xì)措施是先用風(fēng)鉆或鉆車沿隧洞縱向和橫向，間隔1.8m鉆直徑為35mm孔，再用風(fēng)鉆或鉆車將直徑41mm開縫式錨管壓入孔內(nèi)，然后將錨管尾端板緊固支護(hù)頂拱或邊墻墊板（0.3×2.4m2（8）Swellex錨桿支護(hù)在日本鐘鉤高速公路第二隧道施工中多次發(fā)生巖爆，施工單位曾試用玻璃纖維錨栓以及用樹脂粘固鋼筋栓等措施防治，都未能奏效，爆破后錨栓脫落，巖爆繼續(xù)發(fā)生。后經(jīng)多次試驗研制出Swellex錨桿，滿足了防治巖爆規(guī)定。在爆破后僅錨栓外端被炸掉，別旳某些仍留在巖體中，從而對工作面起到支護(hù)作用，使之不受巖爆干擾。詳細(xì)做法是將安放在鑿巖臺車上22根4m長錨栓垂直插入工作面，并向內(nèi)延伸再行鉆爆。爆破深度1.5m，錨栓炸斷后在巖體內(nèi)尚遺留2.5m起支護(hù)作用，隨即進(jìn)行噴錨支護(hù)，再進(jìn)行掘進(jìn)工作次序。這種錨栓具有穩(wěn)固巖體、制止巖爆且無需水泥灌漿或樹脂處理、收效快特點，它可以使工作面巖體某些應(yīng)力由22個錨栓孔釋放出來。Swellex錨栓材質(zhì)堅硬且具有可壓縮性特點，使其可以制止巖塊滑動，保持較大概束力，在錨栓卡盤下放置木塊，可以調(diào)整因巖石破碎所產(chǎn)生應(yīng)變，并使巖體迅速平移卡住錨栓間巖體碎塊。對中等至嚴(yán)重巖爆防治時，要配以噴混凝土和鋼筋網(wǎng)共同使用，經(jīng)使用證明，它可以防治巖爆。防護(hù)、規(guī)避及監(jiān)測措施（1）采用防護(hù)措施增設(shè)臨時防護(hù)設(shè)施，給重要施工設(shè)備安裝防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)棚架，給施工人員配發(fā)鋼盔、防彈背心等，掌子面可加掛鋼絲網(wǎng)。運用鋼絲網(wǎng)、尼龍網(wǎng)等防護(hù)物攔擋巖爆飛石。例如，日本關(guān)越隧洞，除前述掌子面超前錨固外，在臺車上裝上鋼絲網(wǎng)防護(hù)，保護(hù)打炮眼，裝藥工人安全。在天生橋水電站，在掘進(jìn)機及后配套上安裝了“鐵甲”，構(gòu)成一種“防石棚”防止了巖爆塊塌落傷人，砸毀機器設(shè)備。（2）積極規(guī)避及清除浮石巖爆非常劇烈時，為了安全，應(yīng)在危險距離范圍以外規(guī)避一段時間，直至巖爆安靜為止。之后，應(yīng)加強巡回撬頂，及時清除爆裂危石，保證施工人員安全。巖爆一般在爆破后一小時左右比較劇烈，后來趨于緩和，多數(shù)發(fā)生在1~2倍洞徑范圍內(nèi)，因此規(guī)避是一種行之有效措施。例如在挪威Sima地下廠房，每個爆破循環(huán)之后，工人必要規(guī)避在安全處，讓嚴(yán)重巖爆平息之后再進(jìn)行施工。此外，在施工過程中加強發(fā)生檢查和危石處理，認(rèn)真防護(hù)觀測圍巖動態(tài)。如發(fā)現(xiàn)扯破聲，及時撤離人員與機具。（3）加強施工期監(jiān)測值得指出是，在施工期進(jìn)行必要圍巖監(jiān)測，如聲發(fā)射、變形監(jiān)測和應(yīng)力監(jiān)測等，預(yù)測臨爆前信息，從而采用有效防備措施。這種措施是行之有效手段，是有一定實用價值。處理巖爆問題工程實例中華人民共和國秦嶺隧道位于陜西省柞水縣~長安縣境內(nèi)秦嶺隧道是目前中華人民共和國最長鐵路隧道，全長18.5km，為兩條單線并線鐵路隧道。其中，Ⅱ線用鉆爆法施工（Ⅱ線平導(dǎo)已于1998年3月貫穿），Ⅰ線引進(jìn)德國WRLTH企業(yè)生產(chǎn)全斷面開敞式式掘進(jìn)機施工（于1998年2月動工），Ⅱ線平導(dǎo)作為Ⅰ線隧道TBM施工地質(zhì)勘測導(dǎo)洞。在平導(dǎo)施工中進(jìn)、出口兩端都發(fā)生了較為強烈?guī)r爆，一度給施工導(dǎo)致很大困難。秦嶺隧道地質(zhì)概況（1）隧道通過區(qū)段重要巖性及分布特性秦嶺隧道通過北秦嶺地區(qū)，巖體由一系列經(jīng)歷了多期變質(zhì)作用、巖漿活動和混合巖化作用復(fù)雜巖石構(gòu)成，隧道通過區(qū)段出露重要巖層有：含綠色礦物混合花崗巖、混合片麻巖、花崗偉晶巖、條帶狀混合片麻巖、眼球狀混合花崗巖、長英質(zhì)閃長片麻巖、蝕變閃長玢巖、變安山巖、霏細(xì)巖、細(xì)碧巖、斷層角礫巖、構(gòu)造片巖等。其中花崗偉晶巖、蝕變閃長玢巖、變安山巖、霏細(xì)巖、細(xì)碧巖屬于脈巖類，斷層角礫巖、構(gòu)造片巖為動力變質(zhì)巖。巖爆區(qū)重要巖性為混合片麻巖、條帶狀混合片麻巖、眼球狀混合花崗巖、花崗偉晶巖巖脈。重要巖性分布段見表5。2）隧道通過區(qū)段區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力場特性秦嶺隧道位于國內(nèi)華北古陸與揚子古陸兩大陸臺結(jié)合帶，穿越秦嶺背斜褶皺帶。經(jīng)歷多期構(gòu)造運動以及長期發(fā)展演化，其內(nèi)部構(gòu)成與構(gòu)造變形十分復(fù)雜。隧道所通過區(qū)段斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中區(qū)域性斷裂構(gòu)造有5條，Ⅰ級大斷層16條，Ⅱ級斷層47條。重要斷裂構(gòu)造，可分為近東西向、北西向、北東向和南北向四級，其中近東西向F2、F4、F5斷裂帶為控制區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架重要斷裂帶。根據(jù)MSS、TM衛(wèi)星圖象和斷裂構(gòu)造實測資料，可發(fā)現(xiàn)本區(qū)燕山期南北擠壓向古構(gòu)造應(yīng)力場形成了本區(qū)構(gòu)造格架。燕山期南北擠壓向之后，該區(qū)又經(jīng)歷了三期構(gòu)造應(yīng)力場：（Ⅰ）擴張期應(yīng)力場；（Ⅱ）以NW向擠壓為主應(yīng)力場；（Ⅲ）NE－SW向擠壓、NW－SE向拉伸應(yīng)力場。秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)洞施工中巖爆發(fā)生特性秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)洞施工中雖然各段巖爆發(fā)生狀況各有不一樣，但總體來看，巖爆發(fā)生仍然存在著一定共性特性。1）巖爆和地質(zhì)原因關(guān)系①秦嶺隧道橫穿秦嶺大瓢背斜，隧道施工中在背斜不一樣部位巖爆發(fā)生在洞室部位各有不一樣。由秦嶺隧道進(jìn)口到DK72＋000段，該段處在秦嶺大瓢背斜北翼，巖爆發(fā)生在洞室右壁到右拱頂；由秦嶺隧道出口段DK77＋850到DK72＋700段，該段處在秦嶺大瓢背斜南翼，施工中巖爆多發(fā)生在洞室左壁到左拱頂；DK72＋000~DK72＋700段處在秦嶺大瓢背斜軸心部位，巖爆發(fā)生在洞室右壁→右拱頂→拱頂→左拱頂→左壁。這和秦嶺地區(qū)長期受南北向擠壓古構(gòu)造應(yīng)力場特性基本相符。②秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)施工中巖爆發(fā)生和斷裂構(gòu)造節(jié)理密集帶相交替出現(xiàn)，多發(fā)生在巖體較為完整斷層上下兩盤。斷層帶中巖體破碎地帶、節(jié)理裂隙閉合較差地帶無巖爆發(fā)生；剪切節(jié)剪發(fā)育，但發(fā)育組數(shù)較少且節(jié)理裂隙閉合很好地段仍有巖爆發(fā)生（見表7）。表6秦嶺隧道通過區(qū)巖性及分布狀況分段巖性Ⅰ線里程范圍Ⅱ線里程范圍備注第一段混合片麻巖DK64＋370~DK68＋670DK64＋375~DK68＋670第二段混合花崗巖DK68＋670~DK70＋800DK68＋670~DK70＋780第三段混合片麻巖DK70＋800~DK79＋580DK70＋780~DK79＋590某些地段為眼球狀混合片麻巖和條帶變質(zhì)巖第四段含綠色礦物混合花崗巖DK79＋580~DK82＋813.6DK79＋590~DK82＋821表7秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)巖爆區(qū)巖性及斷裂構(gòu)造巖爆區(qū)段里程巖爆級別巖爆區(qū)段巖性斷裂構(gòu)造里程DK64+500~+570輕微混合片麻巖，局部貫入長英質(zhì)偉晶巖DK64+595.5~+599(fsN1)DK64+809~+814中等混合片麻巖，局部貫入長英質(zhì)偉晶巖DK64+845~+885(fsN2)DK65+135~+198輕微－中等混合片麻巖，局部貫入長英質(zhì)偉晶巖DK65+037~+059(fsN3)DK66+730~+760輕微混合片麻巖，局部貫入長英質(zhì)偉晶巖DK66+633~+645(fsN9)DK69+100~+108中等混合花崗巖，局部夾有片麻巖殘留體DK69+007~+052(fsN21)DK71+620~+770輕微混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK72+080~+680輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK73+072~+395輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK73+002~+009(fq9)DK73+810~+875中等混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK74+130~+220(fss21)DK74+298~+363中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK74+130~+220(fss21)DK74+510~+890輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈、黑云母片巖殘留體節(jié)理密集帶間隔發(fā)育（該段出現(xiàn)軟巖地段高應(yīng)力破壞特性）DK75+414~+416；+505~+583輕微－中等混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK75+412~+426(fss19)DK75+536~+560(fss18)DK75+880~+882輕微混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK75+633~+704節(jié)理密集帶間隔發(fā)育DK75+960~DK76+946輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK77+130~+220節(jié)理密集帶間隔發(fā)育DK77+144~+360輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK77+095~+135節(jié)理密集帶間隔發(fā)育DK77+619~+840輕微－中等－強烈混合片麻巖為主，條帶和片麻狀構(gòu)造，局部夾花崗質(zhì)偉晶巖脈DK77+891~+902(fss14)③巖體高地應(yīng)力是發(fā)生巖爆破壞能量原因和動力原因。巖體初始應(yīng)力既受構(gòu)造應(yīng)力、構(gòu)造殘存應(yīng)力、洞室上覆巖體自重應(yīng)力影響，同步還受巖性、巖體斷裂構(gòu)造發(fā)育狀況影響。一般工程中把巖體最大主應(yīng)力不不不小于20~25MPa初始地應(yīng)力稱為高地應(yīng)力，秦嶺隧道施工中對平導(dǎo)洞不一樣區(qū)段進(jìn)行了地應(yīng)力測試，測試數(shù)據(jù)見表8。表8秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)實測巖石強度里程干抗壓強度（MPa）飽和抗壓強度（MPa）里程干抗壓強度（MPa）飽和抗壓強度（MPa）DyK64+375~DyK68+670100~14894~142DyK77+650~DyK79+590117~182116~130DyK68+670~DyK70+780152~209116~177DyK79+590~DyK81+950126~143121~131DyK70+780~DyK72+000140~18892~152DyK81+950~DyK82+230117~141108~134DyK72+000~DyK76+98082~14967~81DyK82+230~DyK82+821226207DyK76+980~DyK77+650143~325116~264因地應(yīng)力測試受現(xiàn)場施工條件限制，應(yīng)力測試點往往并不是巖爆發(fā)生點，應(yīng)力測試值要不不小于巖爆區(qū)實際應(yīng)力值。④秦嶺隧道區(qū)巖爆重要發(fā)生在質(zhì)地堅硬、強度較高、干燥無水混合片麻巖、條帶狀混合片麻巖、眼球狀混合片麻巖、長英質(zhì)閃長片麻巖巖層中。⑤秦嶺隧道混合片麻巖地帶，穿插較多花崗偉晶巖巖脈和長英質(zhì)閃長巖巖脈，寬度0.1cm~10m大小不等。開挖過程中巖脈尖端巖體常是巖爆最為劇烈點。施工中DyK77+720、+780（花崗偉晶巖巖脈）、DyK77+149（長英質(zhì)閃長巖巖脈）、DyK74+360（花崗偉晶巖巖脈）、DyK76+420（長英質(zhì)閃長巖巖脈、花崗偉晶巖巖脈）等段，體現(xiàn)了因巖體尖端應(yīng)力集中導(dǎo)致尖端破壞理論。2）秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)巖爆發(fā)生特性① 巖爆聲響特性聲響既發(fā)生在掌子面，也發(fā)生在正在發(fā)生巖爆巖體處。高地應(yīng)力段洞室施工中，在剛開挖工作面可聽到巖體內(nèi)部沉悶巖體開裂聲，聲響大時如炮聲。平導(dǎo)洞掌子面處推進(jìn)至DyK77+172處，出完碴測量時，掌子面內(nèi)部便發(fā)出沉悶如炮聲巖體內(nèi)部開裂聲；有時發(fā)出“喀喀”聲響。這種聲音一般在剛開挖后20分鐘至6小時可以聽到，掌子面發(fā)生巖爆聲響可以持續(xù)至8~10小時。掌子面發(fā)生巖爆聲響可以持續(xù)至8~10小時。掌子面后部巖爆處巖體爆裂聲，一般輕微巖爆聲音，較為清脆，可以清晰地聽到“啪、啪”聲響；強烈?guī)r爆地段便可聽到“澎、澎”，同步夾有“噼、噼”聲響。② 巖爆爆落體特性由于巖爆劇烈程度不一樣和巖性不一樣，巖爆爆落體也各有不一樣。剝落型巖爆體多為一邊簿一邊厚，如砍刀狀；輕微彈射型巖爆多為細(xì)長橢圓片體，該片體中心厚周圍簿，片體大小一般由5×6×0.5(cm)~280×160×35(cm)不等；強烈拋射型巖爆體，多為四棱塊狀，塊體直徑一般為10~92cm。巖石礦物晶粒較小致密混合片麻巖，彈射型巖爆時在爆落體彈射出同步有一圈巖粉伴隨射出；巖石礦物結(jié)晶程度很好晶粒較大花崗偉晶巖，彈射型巖爆時在爆落體彈射出同步有一圈巖粉伴隨射出，同步在爆落巖體基巖表面有被扯破礦物晶體薄片，大小如指甲或銅錢；侵入脈體尖端巖爆往往較為劇烈，巖爆體多為塊體。③ 巖爆發(fā)生頻率、強度與工程施工關(guān)系巖爆強度、頻率首先由地應(yīng)力狀況、巖性、地質(zhì)構(gòu)造等條件決定，但同步也受工程施工影響，洞室開挖使掌子面地應(yīng)力由三維狀態(tài)變?yōu)槎S應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力局部集中。當(dāng)圍巖最大切向應(yīng)力到達(dá)巖爆發(fā)生臨界狀態(tài)時，巖爆便會發(fā)生，據(jù)現(xiàn)場觀測，巖爆強度、頻率與掌子面位置及洞室開挖時間親密有關(guān)。（a） 巖爆強度、頻率與掌子面距離關(guān)系Ⅱ線平導(dǎo)巖爆區(qū)段一般發(fā)生在掌子面9~100m范圍之內(nèi)巖爆較為頻繁劇烈；特強烈地段掌子面發(fā)生巖爆，離掌子面300~500m范圍內(nèi)噴上混凝土后也偶有巖爆發(fā)生。（b）巖爆強度、頻率與破爆間隔時間關(guān)系受爆破動力場反復(fù)疊加影響，促使圍巖應(yīng)力到達(dá)極限狀態(tài)，從而誘發(fā)巖爆發(fā)生。④ 巖爆坑及爆裂面特性強烈?guī)r爆段巖爆過后，洞室斷面形狀多為“A”字形；一般巖爆段巖爆過后，洞室形狀多變?yōu)殄伒仔巍Ｍ?，形成巖爆坑邊緣多為階梯面，其中一組破裂成與開挖洞壁平行，另一組與洞壁斜交。破裂面以新鮮破裂為主，少數(shù)沿襲原生裂隙面。新鮮面上爆裂紋定向排列，與隧道洞壁切向應(yīng)力大體平行。秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)鉆爆法施工中對巖爆處理根據(jù)巖爆特性，結(jié)合現(xiàn)場實際狀況，巖爆段施工處理基本上可分為兩類：一是巖爆區(qū)段支護(hù)與安全防護(hù)；二是調(diào)整圍巖應(yīng)力狀態(tài)，積極消除巖爆。一般把前一種處理方式叫被動處理；把后一種稱為積極處理。1）巖爆區(qū)段支護(hù)與安全防護(hù)① 增設(shè)臨時防護(hù)設(shè)施，給重要施工設(shè)備安裝防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)棚架，給施工人員配發(fā)鋼盔、防彈背心等，掌子面可加掛鋼絲網(wǎng)。② 噴鋼纖維混凝土，由于鋼纖維混凝土具有較大柔性和抗剪能力，因而，可以承受較大變形而不使表層開裂；鋼纖維混凝土比較適合處理輕微巖爆。③ 錨桿是加固和治理中等巖爆最有效措施之一，及時施作錨桿不僅可以加固巖體，還可以變化洞壁巖體應(yīng)力狀態(tài)，變化巖爆觸發(fā)條件，控制巖爆發(fā)生前兩個階段發(fā)展，從而到達(dá)防止巖爆發(fā)生目。錨桿應(yīng)在離掌子面兩倍洞徑范圍內(nèi)施作，或超前施作；錨桿長度一般不不不小于2.5m，間距一般視現(xiàn)場狀況定；錨桿類型一般選用機械式錨桿、摩擦錨桿、膨脹錨桿。④ 采用噴網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，在中等和強烈?guī)r爆區(qū)，除了安裝系統(tǒng)錨桿外，還可配合掛鋼筋網(wǎng)和噴混凝土，也可用噴鋼纖維混凝土替代掛網(wǎng)噴護(hù)。⑤ 巖爆非常劇烈時，為了安全，應(yīng)在危險距離范圍以外規(guī)避一段時間，直至巖爆安靜為止。⑥ 加強巡回撬頂，及時清除爆裂危石，保證施工人員安全。2）調(diào)整圍巖應(yīng)力狀態(tài)及巖體特性，積極消除或減輕巖爆①噴灑高壓水爆破后及時向工作面及附近洞壁巖體噴灑高壓水，以減少巖體強度，增強塑性，減弱巖體脆性，減少巖爆劇烈強度；同步可以起到降溫除塵作用。也可運用炮孔和錨桿孔向巖體深處注水，以獲得更佳效果。②改善施工措施（a） 將深孔爆破改為淺孔爆破，減少一次裝藥量，拉大不一樣部位炮眼雷管段位間隔，從而延長爆破時間，減輕爆破對圍巖影響，減小爆破動應(yīng)力場疊加，減少巖爆頻率和強度。（b）變化洞室開挖斷面形狀，把洞室直接或近似開挖成對應(yīng)于巖爆后圍巖穩(wěn)定洞室形狀，如“A”字形、不規(guī)則梯形等，從而減小巖爆程度。（c） 在強烈?guī)r爆區(qū)用臺車打應(yīng)力釋放孔。③超前應(yīng)力解除臺車在工作面鉆眼時，在掌子面周圍拱線處鉆兩排4.5~5.0m深炮眼，（間距40~50cm，外插角25°~35°），炮眼間隔裝藥，每個裝藥炮眼裝500~750克Φ40mm4＃抗水銨梯巖石炸藥，并在掌子面同步起爆。這樣，可以在拱部2~3m秦嶺隧道Ⅰ線TBM施工中巖爆預(yù)測、預(yù)報及處理措施（1）巖爆預(yù)測、預(yù)報①巖爆也許發(fā)生區(qū)段秦嶺隧道是兩條平行單線鐵路隧道，線對中間距為30m，由于秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)施工中有些地段發(fā)生強烈?guī)r爆，預(yù)測Ⅰ線施工相對應(yīng)區(qū)域地段仍將發(fā)生強烈?guī)r爆。②Ⅰ線TBM施工中巖爆預(yù)測（a） 由于Ⅱ線平導(dǎo)開挖變化了洞室周圍應(yīng)力狀況，在一定程度上減少了Ⅰ線洞室周圍最大主應(yīng)力值；同步，Ⅰ線采用圓形洞室斷面，改善了洞室應(yīng)力分布；由于TBM施工質(zhì)量大大提高，減少了應(yīng)力局部集中。因而Ⅰ線施工中巖爆強度應(yīng)對應(yīng)有所減少。（b）Ⅰ線施工中巖爆發(fā)生部位，和平導(dǎo)施工中巖爆發(fā)生部位基本對應(yīng)。（c） Ⅰ線施工中巖爆一般發(fā)生在刀盤后20~300m范圍內(nèi)，但隨洞室開挖速度變化，巖爆范圍也將隨之發(fā)生變化。（2）秦嶺隧道Ⅰ線TBM施工中巖爆災(zāi)害處理提議①剛開挖后洞室應(yīng)及時多次噴灑高壓水，直至錨、掛、噴工序結(jié)束。②由于Ⅰ線施工中巖爆一般在刀盤后20~300m范圍內(nèi)發(fā)生，這樣就給打錨掛網(wǎng)提供了時間，因而采用錨、掛、噴相結(jié)合來控制巖爆，將是Ⅰ線掘進(jìn)機械中處理巖爆最佳措施。對巖爆區(qū)段，恰當(dāng)加長錨桿長度，減小錨桿間距，減小掛網(wǎng)鋼筋網(wǎng)距，縮短掛噴間隔。如有也容許采用鋼纖維混凝土噴護(hù)。③增設(shè)臨時防護(hù)設(shè)施，給重要施工設(shè)備安裝防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)棚架，給施工人員配發(fā)鋼盔、防彈背心等。中華人民共和國四川省岷江漁子溪一級水電站引水隧洞引水隧洞全長8429m，全洞線皆處在中高山區(qū)，山體雄厚。隧洞埋深較大，大某些都在200m以上，最大埋深達(dá)650m，僅在穿過某些溝谷地方埋深較淺，如擦耳溝處埋深約70m，在肖家溝處約120m。洞線位于漁子溪左岸，與岸邊水平距離一般為300~600m。隧道圍巖為中粒和中細(xì)?；◢忛W長巖和閃長巖，并有多期中基性巖脈穿插，巖體較完整。在大地構(gòu)造部位上，系屬龍門山“華夏系”構(gòu)造帶。攔河閘上游隧洞進(jìn)口以西約11km左右，有下索橋~中灘鋪斷裂帶，廠房以南約800m有北川~中灘鋪斷裂帶。隧洞區(qū)構(gòu)造受上述兩條斷裂帶所控制。構(gòu)造形態(tài)以斷裂為主。據(jù)全洞線284條斷層和43條擠壓破碎帶記錄分析，歸納有如下規(guī)律：①走向北東30°~50°最為發(fā)育，占所有斷層三分之一，另首先為北東東，近南北及北西向。②北東30°~50°與北東東向為壓性或壓扭性，近南北與北西向為張性或張扭性。③從隧洞進(jìn)口至廠房，主構(gòu)造應(yīng)力方向有由北西轉(zhuǎn)至近南北向趨勢。洞身通過較大斷層有FC－1，在樁號8＋191m處與洞軸線斜交，產(chǎn)狀為走向北東40°傾向北西，破碎帶寬25m，影響帶上盤寬70余m，下盤寬僅5m左右。其他斷層均較小，破碎帶擠壓均較緊密。寬度不不小于0.1m占所有斷層50％；0.1~0.5m占35％；0.5~1.0m占11％；不不不小于1.0m占4％。由于斷層規(guī)模較小，與洞軸線交角又較大，因而，除少數(shù)斷層外，大部斷層對圍巖穩(wěn)定性影響均較小。隧洞沿線裂隙性地下水出露較多，其流量一般較小，都沿斷層與裂隙成滴滲或線狀水流出，最大出水點流量為60l/min。巖爆發(fā)生狀況由于隧洞埋藏較深，不少地段巖體比較完整，以及洞體周圍巖體應(yīng)力重分布和地應(yīng)力影響等原因，在開挖過程中曾有十余處發(fā)生巖爆，一般呈片狀及貝殼狀剝離。巖爆發(fā)生處共同特性，可歸納如下幾點：①巖石新鮮完整，很少或看不出明顯裂隙；②產(chǎn)生巖爆時，巖石表面干燥，具有似烘干樣光澤；③巖爆重要集中發(fā)生在隧洞拱肩處或右邊墻處（山體外緣一側(cè)），裂隙走向與洞線成銳角相交。出現(xiàn)片狀彈射、崩落或呈笱皮狀薄片剝落；④新開挖洞體，在24小時頂板巖石爆裂聲最為明顯，之后逐漸減弱；⑤巖爆一般持續(xù)1~2個月，后來逐漸減少或趨于停止，巖石表面逐變潮。個別地段在一年后來仍有巖爆發(fā)發(fā)生。巖爆產(chǎn)生原因分析一般來講，洞室圍巖內(nèi)高儲能體存在及其應(yīng)力靠近于巖體強度是產(chǎn)生巖爆內(nèi)在條件，而某些原因觸發(fā)效應(yīng)則是巖爆產(chǎn)生外因。對當(dāng)?shù)貐^(qū)來講，巖爆發(fā)生基本原因是地應(yīng)力較大，不過隧洞圍巖應(yīng)力還并未到達(dá)危險程度。實際上，巖爆區(qū)最大巖石覆蓋厚度為540m，周圍巖石最大應(yīng)力僅300~450kg/cm2，（應(yīng)力集中系數(shù)取2~3），與新鮮花崗閃長濕抗壓強度1700~1800kg/cm2相差諸多。當(dāng)然，在隧洞開挖爆破過程中，也許震出某些尚未貫穿裂縫，在裂縫端部巖石會有較高局部應(yīng)力，如發(fā)展到貫穿時，小塊巖石應(yīng)力忽然解除，應(yīng)變能釋放，巖塊就會在爆裂聲中彈出。由于地形和地質(zhì)構(gòu)造上原因，也會使山體某些地區(qū)初始應(yīng)力高于上覆巖石重量。由于開挖周圍形狀不規(guī)則，開挖表面應(yīng)力集中系數(shù)也會不不不小于2~3。表9引水隧洞發(fā)生巖爆部位樁號（m）隧洞埋深（m）產(chǎn)生巖爆部位巖爆距掌子面距離（m）巖爆持續(xù)時間隧洞襯砌狀況1+205~1+216325右拱肩不襯砌3+808~3+815280右邊墻鋼筋混凝土襯砌4+335~4+345170右拱肩開挖后30~40天才發(fā)生不襯砌4+900~4+915325右拱肩放炮后發(fā)生鋼筋混凝土襯砌5+012445右拱肩鋼筋混凝土襯砌5+155~5+175540右拱肩噴混凝土質(zhì)量不好，塌方也許性大5+766~5+790450右邊墻70~90約一種月不襯砌，塌方也許性大5+975380右邊墻40約半個月鋼筋混凝土襯砌6+100~6+105300右拱肩100一年不襯砌7+218~7+228385右拱肩200約三個月不襯砌7+428310右拱肩約10幾天鋼筋混凝土襯砌本隧洞處在漁子溪河谷左岸山坡靠近坡腳處。坡頂高程一般在3000~3500m，高出隧洞1800~2300m，山坡坡度30~40度。根據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)?shù)孛娉市逼聲r，雖然無地質(zhì)構(gòu)造引起附加應(yīng)力，地壓應(yīng)力也并不全與上覆巖石重量相一致。在山坡如下深處，地壓應(yīng)力第一主應(yīng)力方向近乎垂直，且側(cè)壓系數(shù)靠近于1.0；在靠近坡面地方，主應(yīng)力方向逐漸轉(zhuǎn)至與山坡坡面相平行，側(cè)壓系數(shù)逐漸減少至零，且主應(yīng)力將比上覆巖石重量大某些。本隧洞埋深雖不小，但從山坡總體來說，隧洞位置還是較靠近坡面。因而，地壓應(yīng)力主應(yīng)力方向?qū)⒉煌耆怪?，而是略傾向河谷，主應(yīng)力強度亦將不不不小于上覆巖石重量。這也是巖爆重要出目前隧洞斷面右上角原因。從地質(zhì)構(gòu)造方面看，洞線方向與其南面區(qū)域性斷層~中灘鋪斷裂帶走向大體平行，傾角不大。中灘鋪斷裂帶屬壓性斷層，傾向隧洞一側(cè)。因而，隧洞所在地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力在平面上與洞線方向垂直，而在橫剖面上則亦傾向山坡外側(cè)。這也闡明巖爆發(fā)生在隧洞斷面右上角原因。在隧洞左下角巖石應(yīng)力狀況雖與右上角相似，但未發(fā)現(xiàn)左下角有巖爆。咱們認(rèn)為重要原因是，隧洞實際開挖斷面為馬蹄形，開挖后，洞底長期留存一某些石碴，到澆混凝土底板時才清除，并且此處一般均較潮濕。此外，在隧洞拐彎段雖然埋深淺亦易在彎道內(nèi)側(cè)發(fā)生巖爆（樁號4＋335~4+345段彎道右拱肩）。巖爆發(fā)生機制洞室圍巖中高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生，首先應(yīng)具有較高原巖應(yīng)力。在一般狀況下，巖爆多發(fā)生于埋深不不不小于200~250m坑道或其她地下洞室中，就是這個緣故。當(dāng)然，在高地應(yīng)力區(qū)，巖爆也可發(fā)生在淺部隧洞中。根據(jù)圍巖內(nèi)高儲能體分布，除與巖性有關(guān)外，重要取決于高應(yīng)力集中區(qū)別布狀況。按此分析，巖爆有也許在如下特性部位產(chǎn)生。① 由原巖應(yīng)力狀態(tài)及隧洞形狀所決定圍巖內(nèi)最大壓應(yīng)力集中區(qū)；② 圍巖表面高變異應(yīng)力及殘存應(yīng)力分布區(qū)，以及由巖性條件所決定局部應(yīng)力集中區(qū)，如夾于軟弱巖石中堅硬巖體；③ 斷層、軟弱破碎巖墻或巖脈等軟弱構(gòu)造面附近，洞體與這些軟弱構(gòu)造面所形成應(yīng)力集中局部增高區(qū)；④ 已經(jīng)有洞體內(nèi)由于新開挖影響而出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)。按巖爆發(fā)生部位及其所釋放能量，巖爆重要有遠(yuǎn)圍巖區(qū)和近圍巖區(qū)兩類。前者常發(fā)生于構(gòu)造活動區(qū)深礦井中，后者多發(fā)生于深埋地下洞室中。對于后者，又多發(fā)生于表面平整，有硬結(jié)核或軟弱面地方，且多平行于巖壁發(fā)生，事前無明顯預(yù)兆，它與爆破使表部圍巖產(chǎn)生發(fā)絲狀裂縫，以及