岩爆施工工艺手册

1、岩爆施工工艺手册岩爆是高地应力地区地下洞室中围岩脆性破坏时应变 能突然释放造成的一种动力失稳现象。在具有大量弹性应变能储蓄的硬质脆性岩体内，由于洞 室开挖，地应力分异，围岩应力集中，在围岩应力作用下产 生脆性破坏，并伴随响声和震动，在消耗部分弹性应变能的 同时，剩余能量转化为动能，围岩由静态平衡向动态失稳发 展，造成岩块（片）脱离母体，获得有效弹性能量，猛烈向 临空方向抛射，是经历劈裂成板、剪断成块、块状弹射三个 渐进过程的破坏现象。461岩爆的类型及特征461.1岩爆的分类岩爆的特征可以从多个角度去描述。目前一般从工程实 践出发，依据现场调查所得到的岩爆特征，考虑岩爆的危害 方式、危害程度以

2、及防治对策等，对岩爆进行分类。其中按 破裂程度分类岩爆可分为：1、破裂松弛型围岩成块状、板状或片状爆裂，爆裂响声微弱，偶然可 听见噼噼啪啪响声，破裂的岩块（板、片）少部分已与洞壁 母岩断开，但弹射距离很小，顶板岩爆的石块主要是坠落， 底板岩爆石块堆积在原处，而大多数与母岩尚未断开，不易 从洞壁上撬下来。2、爆裂弹射型岩爆的岩块（片）完全脱离母岩，经安全处理后留下岩爆破裂坑。岩爆发生时的爆裂声响如枪声，弹射的岩块（片）最大不超过1/3m3,有510cm直径的，有拳头大小的，也 有粉末烟雾状的岩粉喷射。主要危害是弹射的岩片伤人，对 机械、隧道无多大影响。3、爆炸抛射型有巨石抛射，声响如炮弹，抛石体

3、积数立方米至数十立方米，抛射距离数米至1020米，抛石对机械、支撑有损害， 但震动不会造成大的破坏。461.2岩爆的特征经调查研究发现，岩爆在破坏断面和弹射岩块的几何特征、一般力学特征、动力学特征方面具有以下特点：1、爆裂面的形态特征岩爆坑边缘多为阶梯面，其中一组爆裂面与原开挖洞壁 平行，另一组与洞壁斜交。爆裂面以新鲜破裂为主，少数迁 就围岩裂隙面。新鲜面上爆裂纹定向排列，与隧洞切向应力 大体平行。岩爆从洞壁弹射出来的岩块及靠近岩爆裂面残留 下来的断块多为棱块状、透镜状、磷片状、片状，少数为板 状。上述特征共同反映出洞室产生岩爆的受力状态。2、破裂面的力学特征由岩爆破坏断面统计，爆裂面主要为两

4、组，一组与最大初始应力作用方向平行，破裂角B =05,另一组斜交，B =2025 。属脆性破坏范围。通过对两组断面及弹射岩 块断口电镜扫描分析，前一组破裂面为张性破裂面，后一组 斜交洞壁的破裂面属张剪破裂面。综上可见，岩爆属于张、 剪脆性破坏。3、岩爆的动力特征(1) 震动特征强度弱的岩爆造成的震动较弱，强度大的灾难性岩爆，常引起强烈震动，使洞室及建筑物遭受破坏。(2) 弹射特征岩爆抛射具有一定的初速度。据资料介绍，弱岩爆岩块弹射的平均速度 Vo一般小于2m/s，中等岩爆Vo25 m/s , 强烈岩爆 Vo=510 m/s，严重岩爆 Vo 10 m/s。弹射物的分 布范围远大于爆裂面的面积，并

5、具有一定的散射角。岩爆的弹射特征是区别于隧道一般塌方破坏的重要依 据。岩爆的形成机制分析岩爆的形成机制十分复杂，搞清岩爆的形成机制，对隧 道设计、施工、预测和防治至关重要。462.1岩爆的形成机制岩爆的形成机制，一般可从以下几个方面进行研究：1、现场岩爆的详细观测及观测结果的分析，找出其规律性。2、岩体及岩石性质试验分析，其中包括单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、点荷载强度、岩石弹性能量 指数、岩石蠕变特性、岩石应力一应变全过程曲线、多轴应 力下的强度等。3、岩爆的室内模拟实验、应力及应变状态的分析等。462.2岩爆的形成条件及影响因素1、地层岩性条件从地层岩性上看，并不是所有岩石都会

6、产生岩爆，根据大量的现场调查发现，岩爆都是发生在新鲜完整、质地坚硬、 性脆、抗压强度较高、没有或很少有裂隙的岩层中，如花岗 岩、片麻岩、混合片麻岩等。那些结构松散、弹性模量小、 抗压强度低、含水量高的岩石是不易发生岩爆的。从能量观点出发，上述岩石具有良好的储能条件。这是通过分析岩石的全过程应力一应变关系解释这一现象的，并 用岩石弹性能量指数 Wt作为衡量岩爆产生的岩性条件，Wt越大，岩爆的可能性越大。所谓弹性能量指数是指岩石加载过程岩石积蓄的弹性应变能与岩石破坏时耗散的弹性应变能之比值。2、地应力条件从地形图可以看出，南吉顶沟高程900米，线路前进方向右侧高程1500米，左侧高程1200米，假

7、设将隧道放大至 左侧坡面切线方向，则隧道左侧荷载为零，右侧承受一偏压 荷载P。从力学上分析，隧道偏压存在剪切应力，最大剪切 应力发生在右侧拱顶至拱脚位置，隧道开挖后造成应力重分 布，在围岩应力重分布调整过程中形成岩爆。现场岩爆发生 位置恰在拱脚至拱顶位置，证明了地应力是岩爆发生的主要 因素之一。3、岩爆与围岩应力的关系从现场实际调查研究发现，隧道开挖后的应力状态与岩爆密切相关。洞室开挖后在掌子面和洞壁附近的围岩容易产 生应力集中，最大环向应力a e出现在距掌子面1倍洞径附近，最大轴向应力 a x出现在掌子面附近。岩爆发生的地点 一般都在掌子面2倍洞径左右的地段，持续时间4小时左右， 烈度和频率

8、与掌子面的距离增大而逐渐降低。4、岩爆与洞室埋深的关系岩爆与洞室埋深有一定关系， 一般来讲，隧道埋深越大，开挖时产生岩爆的烈度和频率就可能越大，但这种关系并不 是绝对的。5、岩爆与光爆效果洞室的断面形状直接影响围岩应力分布及应力集中程度。从应力集中角度来看，圆形断面一般比较有利，具有较 小的应力集中系数。与岩体的强度相比较，围岩在低得多的 初始应力场中产生岩爆，这不仅是由于洞室开挖后围岩应力 产生集中，而且由于爆破施工，洞壁凹凸不平增加了洞壁应 力集中程度。从现场调查来看，光爆效果好，开挖轮廓圆顺， 岩爆的烈度较小；光爆效果差，开挖轮廓线凹凸不圆顺，岩 爆的烈度大。根据国内外研究，可以认为引起

9、岩爆的原因很多，影响因素复杂，如地层岩性、地应力状态、洞室埋深、围岩应力 状态、开挖断面形状、开挖方法等等。但众多因素中，地层 岩性和地应力条件是产生岩爆的决定因素，只有具备这两个 条件，才有可能发生岩爆。462.3岩爆的预测岩爆的成功预测取决于多种因素，然而查明岩体初始应 力场（地应力的大小及分布），则是问题的关键所在。岩体 初始应力的测试多在工程的勘测阶段进行，采用的方法有：1、实地量测目前常用的量测方法有营钻法、水压致裂法、声发射法等。近年来这几种地应力测试手段，愈来愈为人们所重视。但是，实测常常受到费用高和测试条件的限制。2、地质分析法(1) 借助宏观地质力学的方法，研究区域地应力场分

10、 布和大小。一般认为岩体的初始应力主要为构造残余应力与 自重应力的叠加。高的构造应力主要位于地壳运动活动区。(2) 根据地形地貌的分析。 某些地区上升剧烈， 河谷深 切，剥蚀作用很强，其岩体的初始应力大于自重应力。地形 地貌造成应力集中，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区。地形地貌造成应力释放，地形受密集的沟谷切割山体不雄厚的地方，构造残余应力不易储存。3、工程类比法可以同地质条件类似的邻区工程进行应力场量级的类比，如终南山隧道就采用了铁路隧道施工的地质资料。4、利用反映高地应力的几种特异地质现象，预示岩爆 的发生如果岩体具有的地应力值，足以使洞室围岩发生岩爆的 话，它必然也会在前期的地质勘

11、探和岩石力学试验中表现出 来，其形态无疑与低应力时有显著不同，故称此为特异地质 现象。它预视该地区具有较高的地应力场，并具备发生岩爆 的条件。在地质钻孔中，当岩心出现“饼化”现象时，即预示地 应力较高。所谓“饼化”即从钻孔中取出的岩心呈有规则的 椭圆形薄饼，岩饼厚薄不一，从几毫米到几十毫米。这同钻 孔直径有一定关系，直径大，厚度亦大，反之则小。在现场大型剪切试验以及用表面应力解除法做岩体应 力测量试验过程中，当岩体四周被解除后（四周和母岩凿 断），底部自动断裂，甚至被弹起，并伴有断裂声；或将岩 样放置一段时间后，自行破碎时，即预示地应力较高。当地 应力较高时，无论进行钻孔压力试验，或现场大型剪切试验 及室内单轴压缩试验，其应力应变关系曲线，都可能出现异 常。如加载时变形为正值，卸载到零稳定后变形出现负值， 或加载时基本不产生变形，卸载出现较大的负变形。463岩爆综合防治措施463.1锚喷金属网联合支护1、喷射混凝土在清除拱顶部位由于岩爆产生的松动石块之后，施作喷 混