下坂地引水发电洞工程岩爆现象特征及处理措施.doc

1、下坂地引水发电洞工程岩爆现象特征及处理措施摘要：岩爆是岩体中聚积的弹性变形能在地下工程开挖中突然猛烈释放，使岩石爆裂并弹射出来或剥落现象。岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定，岩性条件要求岩石具有良好储能性能的弹脆性岩体，隧洞初始应力条件要求达到高应力水平，还与地下空间的开挖剖面形状，施工爆破方式有关。分析了下坂地水电枢纽引水发电洞工程岩爆现象的特征，发生的条件、岩爆类型及特征、提出预防、治理岩爆的实际措施，使岩爆危害降低到最小。 关键词： 岩爆；安全；特征；处理措施 Abstract:：Rock burst is accumulated elastic deformation energ

2、y in rock mass in the underground engineering excavation suddenly released, the hard rock burst and eject or flaking off. The occurrence of rock burst is mainly composed of two factors determine geostress and lithology and rock lithology requirement with good storage performance of brittle rock mass

3、, initial stress conditions of tunnel requirements to high stress levels, and the excavation of the underground space profile shapes, construction blasting method. Analyzed under tranship hub hydropower diversion hole engineering characteristics of rock burst phenomenon, the conditions, types and ch

4、aracteristics of rock burst, puts forward the practical measures of rock burst prevention and governance, make rock burst hazard is reduced to a minimum. Key words: rock burst; Safety; Characteristic; Treatment measures 中图分类号：TD23 文献标识码：A 文章编号： 0 概 况 下坂地水利枢纽工程位于新疆塔里木河源流叶尔羌河主要支流之一的塔什库尔干河中下游。枢纽工程地处喀什地

5、区塔什库尔干县班迪尔乡境内，距乌鲁木齐市 1815km，距喀什市 315km，距塔什库尔干县 45km。 引水发电洞进水口为 2 级建筑物，引水隧洞为 3 级建筑物。引水发电洞全长 4637m，由进水口、引水洞、调压室、三部分。0+000-1+400断面为圆形，洞径 5.2m；洞室围岩属类岩体，采用全断面钢筋砼衬砌，衬砌厚度 0.8m。1+4004+637 为马蹄形，边墙采用喷护 C20 砼衬砌，厚度如下：、类围岩段 0.5m；断层破碎带为类围岩，衬砌厚度1.2m。引水发电洞设计最大流量 89.69m3/s。 引水发电洞工程地质条件 洞身穿越角闪黑云二长片麻岩及华力西期片麻状黑云斜长花岗岩。花

6、岗岩与片麻岩接合带接触紧密，蚀变不明显，局部有 1020cm 的黑色蚀变物质，片麻岩进口段产状 22068，拐点前后走向分别为 310及 330。洞室围岩以（占 68.3%） 、（占 30.5%）类为主，断层及断层影响带为类（占 1.2%） 。从整个洞线的岩体来看，洞线方向与岩层走向及主要结构面的夹角为 84(前段)及 60（后段） ，对洞室稳定较有利，无大的不稳定岩体存在。受断层影响，部分断层及断层影响带属极不稳定的类岩体，在施工中应加强支护措施。洞室围岩最大厚度1400m，属深埋隧洞。 2 洞室水文地质条件 工程区地下水主要靠季节性融雪补给，地下水以浅循环为主， 0+0001+240m 段

7、，地下水位低于开挖高程，仅局部沿断层带，在洞顶部有少量裂隙渗水，渗水量 q0.10.5L/min，开挖初期渗水量较大，后期逐渐减少。1+2402+585m 段，地下水位高于洞顶，沿部分断层带及裂隙有渗、滴或流水现象，流量不一，相差较大。反映出基岩裂隙水受上部地表水源补给较近，水量较充分。2+5854+550m 段中的部分洞段地下水位高于开挖高程，沿断层带及裂隙渗水明显，在洞顶部有少量渗水，渗水量 q0.12L/min，渗水量随时间推移，逐渐变小。 3 引水发电洞岩爆发生条件 岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定，岩性条件要求岩石具有良好储能性能的弹脆性岩体，隧洞初始应力条件要求达到高应力水

8、平。下坂地引水发电洞主要发生岩性为角闪黑云二长片麻岩，岩层走向330，倾向 SW，倾角 60，洞线与岩层夹角 60，对洞室稳定有利，该段岩体坚硬完整，呈微风化，洞顶围岩厚度 1001380m，属深埋隧洞的混合片麻岩段，混合片麻岩属极硬岩，其弹性能量指数（Wet）和脆性指数（Kr）都高。围岩埋深大，岩体完整性好，受构造影响轻微，围岩的初始地应力及隧道开挖后形成的最大切向应力都较高，最大主应力大于30Mpa，属于高地应力水平，满足发生岩爆的条件。根据下坂地引水发电洞施工实际调查和实验室的研究成果，得出下坂地引水发电洞岩爆发生的临界条件为： Rc16Rt Wet2.3 0.28 Rc Kv0.56

9、其中：Rc岩石的单轴抗压强度，在实验室实测。 Rt岩石的单轴抗拉强度，在实验室实测。 隧道洞壁最大切向应力，=(31-3)。 Kv岩体的完整性系数，由岩体和岩块的纵波速计算得到。 4 下坂地引水发电洞岩爆的表现特征 根据现场地质编录，按岩爆的强烈程度可以把岩爆分为轻微、中等和强烈三级，轻微岩爆 7 段长（总长 320 为 m）多呈零星分布，以破裂剥落为主，中等岩爆 4 段（总长为 230m）呈较大规模连续分布，为弹射型和强烈剥落型，强烈岩爆 2 段（总长为 53m）呈连续分布型，为强烈弹射型，并造成大面积开裂失稳坍塌。 从发生岩爆的岩性来看,14 段岩爆中有 4 段，发生在黑云斜长花岗岩中，其

10、余发生在角闪黑云二长片麻岩中，片麻岩片麻理构造发育。节理不发育至较发育，岩体多成巨块状整体结构或大块状结构，几乎所有岩爆段的岩体都呈干燥无水状态。 从岩爆的垂直埋深来看最大埋深大于 1050m，最小埋深 300m，在洞室开挖到桩号 1+513.81+534 段，洞顶埋深约 300m，发生岩爆。岩爆发生于洞室右壁中下部，为片麻理成薄片状鼓起破裂后掉落，掉块厚度0.20.5m，掉落后壁面岩体完整性较好，对洞室稳定影响小。在洞室开挖到桩号 K+513.82+585 段埋深大于 1050m，初期塌方发生于左侧壁及左拱脚，起因于岩爆，发生于开挖后，大塌方前，岩爆声音沉闷，似闷雷发于岩体深部，间断有声响发

11、出，于开挖后约 1 天，发生第一次塌方，后在处理过程中塌方不断加大，高度增加，最高处近 11m，处理时间长达两月之久，塌方与岩爆有关。在洞室开挖到桩号 K4+0904+170 埋深600m650m，岩体完整，岩爆沿一组与洞线夹角小的裂隙（产状 18587）形成塌落，主要发生在右侧拱脚以上至洞顶轴线，部分以轴线处为主，一般宽度 22.5m，深 0.51.5m，形成人字形长凹槽。2 段强烈岩爆发生在 1000m，轻微和中等岩爆可发生在 300-900m 左右埋深。 强烈岩爆多发生在掌子面后方 12 倍洞径范围内。此范围正是开挖后地应力场调整最强烈、地应力高度集中的区域。强烈岩爆发生时间一般在响炮后

12、 20 分钟3 小时左右出现，24 小时后烈度及频率开始不同程度降低。其特点是爆落的岩块多，岩爆坑深、规模大，持续的时间长。因此，这种类型的岩爆在隧道的正常掘进、底部清渣、围岩支护及出渣等作业都有很大的影响。 5 工程防治处理措施 针对隧洞的岩性，埋深，有无地下水等特征、在施工中可能出现岩爆的地段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，使工程顺利进展。 5.1 调整施工方法 在洞身开挖爆破时，中等岩爆、强烈岩爆地段采取短进尺（2m/循环）、多循环、弱爆破措施采，采用光面爆破技术，保证开挖洞室轮廓圆顺，避免造成局部应力集中而加剧岩

13、爆针对岩爆类型及大小，提前打应力释放孔或超前摩擦锚杆支护。超前摩擦锚杆采用 40 钢管，长度 3 m，用三臂液压台车施工，安设的位置主要在拱顶及左右边墙的上部，间距 11.5 m。在岩爆地段的洞壁上打应力释放孔，孔径 5cm，孔深 23m，间距 11.5m ，以达到减弱岩爆的强度。从而使动壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。 5.2 改善围岩性质 在施工过程中，可采取对工作面附近隧洞岩壁喷水或水钻来促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。 5.3 对围岩进行加强支护 桩号 2+5502+568m 段由于岩爆引起的塌方最大高度在

14、 11m；对大塌方的处理方式先采用洞段封堵后用水泥砂浆充填塌方空间，然后重新进行洞室开挖。为保证安全，开挖后及时采用钢拱架支护，拱架间距视实际情况采用 0.31.0m 不等。对洞室两拱脚各布设了 4 排 25 系统锚杆，长 3 米，间距 1.5 米；拱架两侧各布 4 排 25 锁脚锚杆，长 3.5 米，间距 0.5 米。在桩号 2+568m 以后至桩号 2+585m 段施工中采用短进尺 2m/循环，预留 2m 厚的岩爆处理层，岩爆过后再进行二次扩挖爆破、支护，较好地通过强烈了岩爆段。由于支护得力，开挖方案较得当，岩爆破坏势头基本得到控制。安全的通过了岩爆段。 5.4 安全措施 在开挖岩爆段，应该给工人配备安全帽，防弹背心。特别是强烈岩爆段要设专人进行观测，发现险情应及时撤施工人员，等待岩爆结束或变弱，再进入洞内及时支护。 6 结语 通过对下坂地引水发电洞发生的岩爆研究、分析及处理，较好地通过了岩爆段，没有发生人员伤亡事故。引水发电洞已经通水 4 年多了 运行良好，说明对岩爆段的处理是合适的。尽管岩爆有不确定性，但是也有一定的规律和特征，施工过程中加强预测，防患为主，针对已有勘测资料，通过以往的工程经验采取一定的措施，使岩爆的危害减小或消除。