深埋隧洞岩爆案例分析810课件

深埋隧洞典型岩爆案例分析冯夏庭岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院武汉岩土力学研究所2013.08.10全国防治煤矿冲击地压高端论坛，2013.8.10-11，哈尔滨深埋隧洞典型岩爆案例分析冯夏庭全国防治煤矿冲击地压高端1提纲一、受结构面控制的岩爆案例分析二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析三、底板开裂及上抬岩爆案例分析四、岩爆孕育过程的数值仿真分析五、基本认识与思考提纲2一、受结构面控制的岩爆案例分析1.结构面对岩爆位置的控制SK9+283~9+317极强岩爆(11·28岩爆)结构面的存在导致排水洞SK9+283~9+322开挖过程发生多次高等级岩爆(TBM，2009)岩爆区域2360mT2b900010000

北

硬性结构面(断层)排水洞南

北面向西一、受结构面控制的岩爆案例分析(TBM，2009)岩爆区域23榀拱架严重变形榀拱架断裂榀拱架断裂10月9日,SK9+301~9+322发生极强岩爆，导致掌子面处TBM刀盘被卡住，至10月26日仍然未清理完毕榀拱架严重变形榀拱架断裂榀拱架断裂10月9日,SK9+301411月6日17:52，SK9+292.2发生强烈岩爆，响声很大，导致TBM中心线再次出现偏移现象，其中水平为13.4mm，高差为8.9mm。SK9+296~9+291(向掌子面前延伸1m)11月7日3:09刀盘内部、护盾内侧发生强烈岩爆，响声很大，导致TBM左侧锚杆钻机减速器及刹车等损坏，TBM再次卡机护盾上部石渣

锚杆钻机11月6日17:52，SK9+292.2发生强烈岩爆，响声很53mSK9+291~9+289断面北侧拱肩

2mSK9+292~9+290断面南侧腰线

1mSK9+292~9+291断面顶拱

2009年11月7日强岩爆后，11月13日恢复掘进后两天(向前开挖不到4m)，即11月15日18:06和18:58

SK9+292

~9+288再次发生极强岩爆，导致TBM再次卡机排水洞面向西爆坑边界线3mSK9+291~9+289断面北侧拱肩2mSK9+2962009年11月28日0:50左右,SK9+283~9+317发生极强岩爆，爆坑深约5~8m，掌子面后方约30m范围的支护系统全部被毁损，TBM严重损坏，爆出岩块估计达400余方，导致7人死亡硬性结构面(断层)面向西硬性结构面(断层)排水洞2009年11月28日0:50左右,SK9+283~9+378m8m8原因分析:

结构面剪应力超过静剪切强度FAI:≥2LERR集中FAILERR硬性结构面(断层)硬性结构面(断层)原因分析:FAILERR硬性结构面(断层)硬性结构面(断层)9启示断裂、硬性结构面对岩爆孕育起到促进作用预防岩爆：加强断裂的预判仅靠支护是不够的间歇开挖低速率匀速开挖导洞+TBM扩挖开挖由断裂上盘向前推进启示10结构面对即时型岩爆孕育机制的影响随着结构面条/组数的增加，岩爆孕育机制变得越发复杂：张拉事件比例降低，而剪切和混合事件的比例相对增加百分比/%岩石破裂类型结构面对即时型岩爆孕育机制的影响随着结构面条/组数的增加，岩11二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析1.上台阶开挖时滞型岩爆2011年8月29日SK4+990~5+020发生中等时滞型岩爆，滞后开挖时间35天，滞后贯通掌子面（8月28日12:50）180m；岩爆破坏范围高2~4m，长30m，最大坑深0.9m支护：初喷+系统锚杆地质：T2b灰白色厚层状粗晶大理岩，岩体较完整，属Ⅲ类围岩系统锚杆系统锚杆随机锚杆初喷风筒1900mT2b岩爆位置二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析系统锚杆系统锚杆随机锚12微震活动特征：活跃→平静→再度活跃→平静→岩爆原因分析:(1)聚集了大量未得到充分释放的应变能，提供了能量基础(2)频繁受到附近掌子面，尤其是3-4-W掌子面的爆破扰动作用岩爆段位于(X＜-3D，微震事件及掌子面分布岩爆段位于-3D≤X＜0爆破扰动情况微震事件随时间演化规律爆心距/m爆破时间/月-日微震事件数/个日期/月-日X＜-3D-3D≤X＜0X＜-3D,岩爆后岩爆孕育期①X－掌子面与岩爆

区域的距离，

前“+”,后

“-”D－隧洞跨度☆※－中等时滞型

岩爆①－岩爆区位于0≤X＜1.5D☆※微震活动特征：活跃→平静→再度活跃→平静→岩爆岩爆段位于(132.下台阶开挖时滞型岩爆11.4日掌子面10.29日岩爆位置辅引110.29日掌子面11.4日岩爆位置排水洞4#引水隧洞3#引水隧洞断层掘进方向岩爆段支护情况：上断面：已完成系统锚杆，挂有钢筋网，并已喷射混凝土下断面：暂未支护2387mT2b岩爆时间(2011)岩爆位置引(4)距下断面开挖时间及距离距上断面开挖时间10.298+237~248>10天56m113天11.48+220~23715天50m117天岩爆位置2.下台阶开挖时滞型岩爆11.4日掌子面10.29日岩爆位置14微震事件随时间演化规律日期/月-日微震事件/个★※★※开挖期数据缺失开挖卸荷效应影响范围之外（X＜-3D）落底开挖★※－强烈时滞型岩爆开挖卸荷效应影响范围之内停止监测横剖面图10.29岩爆11.4岩爆平面投影图10.29岩爆原因分析：断层附近应力异常区上台阶开挖后，爆破扰动下，微震活动活跃，岩爆段聚集大量应变能钢筋网外露，系统支护未完全发挥作用落底开挖使应力发生再调整落底爆破扰动诱发应变能突然释放，导致岩爆微震事件随时间演化规律日期/月-日微震事件/个★※★※开挖期15下台阶开挖开挖前：检查上断面岩体破坏情况，及支护效果，尤其是拱脚支护效果，对其进行综合分析后，根据需要进行必要的加强支护开挖时：采用机械施工，改进爆破工艺，控制每次爆破开挖方量开挖后：开挖通过后，密切关注原微震活动活跃区域岩体稳定性，及时加强支护，避免或降低落底开挖扰动诱发时滞型岩爆，最大限度地降低岩爆造成的损失启示数条隧洞平行布置时，优先开挖距其最近的隧洞，且各掌子面沿轴线方向拉开一定距离、呈阶梯式推进，利用其开挖空间进行减震下台阶开挖启示162#洞掌子面11+00611+02311+060南侧裂缝该条裂缝局部可见深度约1m，张开约10cm该部位排水沟鼓起、拱脚围岩弹射造成钢筋网损坏11+050该部位已施工锚杆脱落悬空掘进方向出渣装载车振动偏移北侧拱肩之前已多次岩爆，局部坑深2m11+015北侧NWW结构面西东北侧1.上台阶开挖：引(2)11+023~11+060极强岩爆2010年2月4日14:53发生，底板开裂三、底板开裂及上抬岩爆案例分析2#洞掌子面11+00611+02311+060南侧裂缝该条17岩爆前局部岩爆坑深达2m引(2)11+023~11+060m洞段南侧拱脚围岩普遍弹出脱落岩爆前局部岩爆坑深达2m引(2)11+023~11+060m1811+050~11+060洞段南侧边墙部位钢筋网受岩爆碎石冲击脱落该洞段排水沟鼓起开裂，地下水经由开裂岩石底部流出11+050~11+060洞段南侧边墙部位钢筋网受岩爆碎石冲19岩爆主爆区岩爆主爆区20涨壳式中空注浆预应力锚杆，T=80kNNWW结构面V形爆坑涨壳式中空注浆预应力锚杆，T=80kNNWW结构面V形爆坑21出渣装载车移位，挡风玻璃完全脱落岩爆主爆区出渣装载车移位，挡风玻璃完全脱落岩爆主爆区22已装半车岩渣挡风玻璃完全脱落已装半车岩渣挡风玻璃完全脱落23裂缝贯通上台阶底板，可见深度1m，宽约10cm，该段围岩完整，无明显结构面裂缝贯通上台阶底板，可见深度1m，宽约10cm，该段围岩完整24原因分析岩爆段位于向斜核部附近地应力异常区NWW结构面导致局部高应力集中及时有效的上断面喷层和系统锚杆支护，提高了岩体极限储能，使积蓄的应变能因无法得到释放而向无支护或支护薄弱的拱脚和底板转移马蹄形断面的拱脚存在高应力集中，形成高能量聚积爆破扰动的触发(岩爆区距掌子面约15m，发生于爆破后48分钟)1952mT2b向斜核部应力异常区岩爆位置NWW结构面喷层系统锚杆V形爆坑原因分析1952mT2b向斜核部应力异常区岩爆位置NWW结构253-4-W，引(4)6+010~6+025底板上抬原底板线3-P-W，SK5+540~5+560南侧边墙岩爆边墙开裂3-4-W掌子面3-P-W掌子面2.上台阶开挖二：4#引水隧洞引(4)6+010~6+025极强岩爆2011年4月16日发生，底板上抬，其中掌子面附近达2mSK5+540~5+560南侧边墙发生中等时滞型岩爆，北侧边墙初喷开裂3-4-W与3-P-W岩爆发生于3-4-W放炮后27分钟，两者几乎同步发生，前后相差约17秒50m埋深约2100m，岩性为T2b灰白色厚层状细晶大理岩；发育2-3组节理3-4-W与3-P-W已完成系统锚杆支护2100mT2b岩爆位置3-4-W，引(4)6+010~6+025底板上抬原底板线3263-4-W，引(4)6+010~6+025原路面垫渣0.5m底板新鲜岩层上抬1.5m系统锚杆南侧拱脚围岩已完全破碎北侧拱脚围岩已完全破碎3-4-W，引(4)6+010~6+025原路面垫渣0.5m273-3-W3-4-W3-P-W底板上抬中等时滞型岩爆原因分析：(1)底板聚集高应变能3-4-W岩爆区南侧隔离岩柱内事件聚集且多为大事件，岩体破裂活动剧烈，高应力集中向3-4-W底板转移，形成高能量聚集区3-4-W岩爆区岩体较完整，属Ⅲ类围岩，聚能能力较强；而岩体破裂活动较缓和，能量未得到很好耗散上台阶开挖期间微震事件随时间演化规律上台阶开挖期间微震事件空间分布累计微震能E/106J事件当地震级时间/月-日-0.23-4-W岩爆累计微震能E/106J事件当地震级时间/月-日-0.2岩爆3-P-W3-3-W3-4-W3-P-W底板上抬中等时滞型岩爆原因分析28(2)上断面系统锚杆紧跟掌子面，有效提高了围岩强度和极限储能能力，导致应变能向未进行任何支护、强度相对较低的底板转移(3)马蹄形断面的圆弧面上光滑、成型好，应力分布均匀，不易形成应力集中，而拱脚处存在高应力集中，现场破坏情况证实了这一点3-4-W岩爆发生区域系统锚杆系统锚杆3-4-W掌子面附近北侧系统锚杆及拱脚破坏系统锚杆两侧拱脚围岩已完全破碎下台阶上台阶(2)上断面系统锚杆紧跟掌子面，有效提高了围岩强度和极限储能29(4)爆破扰动强烈频繁受到附近掌子面爆破扰动作用3-4-W掌子面4月16日8:30炮次：进尺4m，炸药450kg，比平均药量多出近80kg，为近半月来药量最大的一次爆破；岩爆发生于爆破后27分钟3-4-W洞段开挖期间每次爆破药量情况(2011年)时间/月-日每次爆破药量/kg与岩爆对应的炮次平均药量3-3-W3-4-W3-P-W底板上抬73m107m附近掌子面爆破对岩爆段的影响(4)爆破扰动强烈3-4-W洞段开挖期间每次爆破药量情况(303.下台阶开挖：3#引水隧洞引(3)5+730~5+790强烈岩爆2011年11月26日19:10发生，北侧边墙爆坑最深约3m，洞底上抬约60cm，引(3)5+730~742洞底多处裂开。26日掌子面桩号约引(3)5+742埋深：1963m，岩性为T2b灰白色厚层状细晶大理岩岩爆段周围支护情况：上断面：已完成系统锚杆，挂有钢筋网，并已喷射混凝土下断面：刚开挖，暂未支护1963mT2b工程地质剖面图岩爆位置3.下台阶开挖：3#引水隧洞引(3)5+730~5+79031引(3)5+742~790北侧边墙（清理后，最深约达3m）

上断面与下断面分界线爆坑最深处引(3)5+742~790北侧边墙（清理后，最深约达3m）32引(3)5+742~770南侧边墙引(3)5+742~770南侧边墙33引(3)5+730~742上断面洞底多处裂开引(3)5+730~742上断面洞底多处裂开34引(3)5+742~780洞底抬升（最高约60cm）抬升部位引(3)5+742~780洞底抬升（最高约60cm）抬升部35上台阶开挖微震事件随时间演化规律日期/月-日累计微震能/MJ事件震级发生岩爆时段未发生岩爆时段-0.26.20~7.57.6~9.3上台阶开挖微震事件空间分布规律岩爆区岩爆区(a)横剖面(a)横剖面(b)平面投影(b)平面投影原因分析：(1)上断面3次岩爆后，及时加强的系统支护提高了岩体强度，事件向围岩深部和底板扩展，表明应力和能量发生了转移，在底板形成高能量聚集区排水洞排水洞引(3)5+730~5+790岩爆情况ABCD北南A上断面6月24日5775~5788中等B上断面7月2日5728~5743中等C上断面7月5日5760~5780滞中D下断面11月26日5730-5790强烈上台阶开挖微震事件随时间演化规律日期/月-日累计微震能/MJ36(3)落底开挖，破坏了底板岩体的完整性，尤其是对拱脚的破坏严重降底了底板岩体的强度，解除了底板岩体对高应变能的约束，为高应变能的释放提供了条件(4)爆破扰动的触发（岩爆滞后于落底爆破约1分钟）落底开挖上台阶开挖(3)落底开挖，破坏了底板岩体的完整性，尤其是对拱脚的破坏37上台阶开挖轮廓线下台阶开挖轮廓线底板松动爆破孔本循环上台阶开挖爆破孔底板松动爆破孔下台阶开挖边界上台阶开挖边界循环进尺底板松动爆破孔布置图启示1)上台阶开挖：修改开挖断面形态：拱脚布置成过度平缓的圆弧形加强边墙、拱顶支护的同时，加强两侧拱脚支护，并保证支护质量必要时对底板实施少量钻孔的松动爆破，使应变能向底板深部转移在局部区域如拱脚布置应力释放孔或应力解除爆破采用短进尺、弱爆破，减弱爆破震动，

并错开或延长各次爆破的周期开挖断面形态的变更上台阶上台阶加强拱脚支护示意图上台阶开挖轮廓线下台阶开挖轮廓线底板松动爆破孔本循环上台阶开384.SimulationofrockburstevolutionprocessSectionalshapemeasuredbypracticalengineeringThefinalsectionalshapebetweenpracticalengineeringandthepresentmethodsimulationareveryclose.ComparisonforsectionalshapeofrockburstSimulationresultbypresentmethod4.Simulationofrockburstevo39Displacementevolutionwithrockfailureprocess2steps4steps6steps8steps4.SimulationofrockburstevolutionprocessDisplacementevolutionwithro405.3Displacementevolutionwithrockfailureprocess12steps15steps18steps21steps4.Simulationofrockburstevolutionprocess5.3Displacementevolutionwit41Displacementevolutionwithrockfailureprocess8stepsRevealthefailureprocessofrockfromcrackinitiation,tocrackpropagationandcrackcoalescence,untilrockblockforming4.SimulationofrockburstevolutionprocessDisplacementevolutionwithro42

Stressevolutionwithrockfailureprocess4.SimulationofrockburstevolutionprocessStressevolutionwithrockfa43

EvolutionofequivalentplasticstrainwithrockfailureprocessMuchlargerofequivalentplasticstraincanbeseenforrockwhichisclosetotheboundaryofcavern.4.SimulationofrockburstevolutionprocessEvolutionofequivalentplast44EvolutionofFractureApproachingIndexwithrockfailureprocessMuchlargervalueofFractureapproachingindexcanbeseenforrockwhichisclosetotheboundaryofcavernandthepathsofcrackpropagation,whichmeansthatrockinthoseplacesareseriouslydamaged4.SimulationofrockburstevolutionprocessEvolutionofFractureApproach45EvolutionofLocalenergyreleaseratewithrockfailureprocess4.SimulationofrockburstevolutionprocessEvolutionofLocalenergyrele46EvolutionofacousticemissionwithrockfailureprocessItisobviousthatacousticemissionactivityisactivearoundtheboundaryofcavern4.SimulationofrockburstevolutionprocessEvolutionofacousticemission471.对于具有强岩爆风险的深埋地下工程，应加强岩爆监测(微震监测)，及时掌握岩体破坏趋势，基于微震信息演化可以定量地进行岩爆预警和动态调控，预警：区域、等级断面上位置、爆坑深度2.动态调控由于施工条件的难以预知性、开挖参数及支护方案与设计的不一致性等原因，有必要进行岩爆动态调控两掌子面相向掘进时贯通前岩爆动态调控通过优化2个相向掘进的掌子面之间的距离，尽可能降低因两掌子面相向掘进而引起岩柱内互相扰动的影响基于微震实时监测信息时空演化规律，适时确定相向掘进改单向掘进的时机以及应停止掘进的掌子面五、基本认识和思考1.对于具有强岩爆风险的深埋地下工程，应加强岩爆监测(微震48中等岩爆预警进尺12.02m进尺13.03m进尺16.25m进尺9.55m局部添增了6m锚杆进尺6.64m局部添增了6m锚杆进尺6.25m局部添增了6m锚杆中等岩爆掌子面微震事件掘进方向采取措施前（54个）采取措施（29个）预警动态调控岩爆案例分析基于实时微震活动规律及空间分布特征，确定调控措施与时机调控建议现场控制TBM日进尺及时做好系统支护调控效果：微震活动平缓岩爆等级降低，未造成人员伤亡及设备损坏1.

2010年9月3#引水隧洞强烈岩爆风险调控中等岩爆预警进尺12.02m进尺13.03m进尺16.25m49辅助洞B洞

辅助洞A洞贯通之前发生的高等级岩爆隧洞贯通期间存在高岩爆风险1)数值分析两掌子面发生干扰时岩柱厚度在20-24m之间。调控建议：此时停止双头相向掘进，采用单头掘进。隧洞双向掘进接近贯通时不同岩柱厚度的弹性应变能变化2.

1-1-W和2-1-E相向掘进时贯通前岩爆动态调控辅助洞B洞辅助洞A洞贯通之前发生的高等级岩爆50调控效果：微震活动平缓降低了岩爆等级。26日2-1-E掌子面发生1次中等岩爆，之后现场听取建议采取措施及时，贯通期间仅发生多次轻微岩爆未有人员伤亡及设备损坏。硬性结构面2)现场微震监测基于实时微震活动规律及空间分布特征，确定调控措施与时机调控建议25日建议由1-1-W单向掘进26日强烈建议1-1-W单向掘进及时做好系统支护时间12.2523:3012.2721:3612.2912:4712.3106:19掌子面间距38.519.68.50预警：中等岩爆建议1-1-W掌子面单向掘进强烈建议单向掘进增加系统锚杆支护，1-1-W掌子面单向掘进增加系统锚杆支护，当日2-1-E掌子面无掘进2-1-E掌子面处发生中等岩爆增加系统锚杆支护2-1-E掌子面掘进增加系统锚杆支护，1-1-W掌子面单向掘进，贯通贯通后揭露的结构面调控效果：硬性结构面2)现场微震监测基于实时微震活动规律及空51谢谢！谢谢！52深埋隧洞典型岩爆案例分析冯夏庭岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院武汉岩土力学研究所2013.08.10全国防治煤矿冲击地压高端论坛，2013.8.10-11，哈尔滨深埋隧洞典型岩爆案例分析冯夏庭全国防治煤矿冲击地压高端53提纲一、受结构面控制的岩爆案例分析二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析三、底板开裂及上抬岩爆案例分析四、岩爆孕育过程的数值仿真分析五、基本认识与思考提纲54一、受结构面控制的岩爆案例分析1.结构面对岩爆位置的控制SK9+283~9+317极强岩爆(11·28岩爆)结构面的存在导致排水洞SK9+283~9+322开挖过程发生多次高等级岩爆(TBM，2009)岩爆区域2360mT2b900010000

北

硬性结构面(断层)排水洞南

北面向西一、受结构面控制的岩爆案例分析(TBM，2009)岩爆区域255榀拱架严重变形榀拱架断裂榀拱架断裂10月9日,SK9+301~9+322发生极强岩爆，导致掌子面处TBM刀盘被卡住，至10月26日仍然未清理完毕榀拱架严重变形榀拱架断裂榀拱架断裂10月9日,SK9+3015611月6日17:52，SK9+292.2发生强烈岩爆，响声很大，导致TBM中心线再次出现偏移现象，其中水平为13.4mm，高差为8.9mm。SK9+296~9+291(向掌子面前延伸1m)11月7日3:09刀盘内部、护盾内侧发生强烈岩爆，响声很大，导致TBM左侧锚杆钻机减速器及刹车等损坏，TBM再次卡机护盾上部石渣

锚杆钻机11月6日17:52，SK9+292.2发生强烈岩爆，响声很573mSK9+291~9+289断面北侧拱肩

2mSK9+292~9+290断面南侧腰线

1mSK9+292~9+291断面顶拱

2009年11月7日强岩爆后，11月13日恢复掘进后两天(向前开挖不到4m)，即11月15日18:06和18:58

SK9+292

~9+288再次发生极强岩爆，导致TBM再次卡机排水洞面向西爆坑边界线3mSK9+291~9+289断面北侧拱肩2mSK9+29582009年11月28日0:50左右,SK9+283~9+317发生极强岩爆，爆坑深约5~8m，掌子面后方约30m范围的支护系统全部被毁损，TBM严重损坏，爆出岩块估计达400余方，导致7人死亡硬性结构面(断层)面向西硬性结构面(断层)排水洞2009年11月28日0:50左右,SK9+283~9+3598m8m60原因分析:

结构面剪应力超过静剪切强度FAI:≥2LERR集中FAILERR硬性结构面(断层)硬性结构面(断层)原因分析:FAILERR硬性结构面(断层)硬性结构面(断层)61启示断裂、硬性结构面对岩爆孕育起到促进作用预防岩爆：加强断裂的预判仅靠支护是不够的间歇开挖低速率匀速开挖导洞+TBM扩挖开挖由断裂上盘向前推进启示62结构面对即时型岩爆孕育机制的影响随着结构面条/组数的增加，岩爆孕育机制变得越发复杂：张拉事件比例降低，而剪切和混合事件的比例相对增加百分比/%岩石破裂类型结构面对即时型岩爆孕育机制的影响随着结构面条/组数的增加，岩63二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析1.上台阶开挖时滞型岩爆2011年8月29日SK4+990~5+020发生中等时滞型岩爆，滞后开挖时间35天，滞后贯通掌子面（8月28日12:50）180m；岩爆破坏范围高2~4m，长30m，最大坑深0.9m支护：初喷+系统锚杆地质：T2b灰白色厚层状粗晶大理岩，岩体较完整，属Ⅲ类围岩系统锚杆系统锚杆随机锚杆初喷风筒1900mT2b岩爆位置二、受爆破扰动诱发的时滞型岩爆案例分析系统锚杆系统锚杆随机锚64微震活动特征：活跃→平静→再度活跃→平静→岩爆原因分析:(1)聚集了大量未得到充分释放的应变能，提供了能量基础(2)频繁受到附近掌子面，尤其是3-4-W掌子面的爆破扰动作用岩爆段位于(X＜-3D，微震事件及掌子面分布岩爆段位于-3D≤X＜0爆破扰动情况微震事件随时间演化规律爆心距/m爆破时间/月-日微震事件数/个日期/月-日X＜-3D-3D≤X＜0X＜-3D,岩爆后岩爆孕育期①X－掌子面与岩爆

区域的距离，

前“+”,后

“-”D－隧洞跨度☆※－中等时滞型

岩爆①－岩爆区位于0≤X＜1.5D☆※微震活动特征：活跃→平静→再度活跃→平静→岩爆岩爆段位于(652.下台阶开挖时滞型岩爆11.4日掌子面10.29日岩爆位置辅引110.29日掌子面11.4日岩爆位置排水洞4#引水隧洞3#引水隧洞断层掘进方向岩爆段支护情况：上断面：已完成系统锚杆，挂有钢筋网，并已喷射混凝土下断面：暂未支护2387mT2b岩爆时间(2011)岩爆位置引(4)距下断面开挖时间及距离距上断面开挖时间10.298+237~248>10天56m113天11.48+220~23715天50m117天岩爆位置2.下台阶开挖时滞型岩爆11.4日掌子面10.29日岩爆位置66微震事件随时间演化规律日期/月-日微震事件/个★※★※开挖期数据缺失开挖卸荷效应影响范围之外（X＜-3D）落底开挖★※－强烈时滞型岩爆开挖卸荷效应影响范围之内停止监测横剖面图10.29岩爆11.4岩爆平面投影图10.29岩爆原因分析：断层附近应力异常区上台阶开挖后，爆破扰动下，微震活动活跃，岩爆段聚集大量应变能钢筋网外露，系统支护未完全发挥作用落底开挖使应力发生再调整落底爆破扰动诱发应变能突然释放，导致岩爆微震事件随时间演化规律日期/月-日微震事件/个★※★※开挖期67下台阶开挖开挖前：检查上断面岩体破坏情况，及支护效果，尤其是拱脚支护效果，对其进行综合分析后，根据需要进行必要的加强支护开挖时：采用机械施工，改进爆破工艺，控制每次爆破开挖方量开挖后：开挖通过后，密切关注原微震活动活跃区域岩体稳定性，及时加强支护，避免或降低落底开挖扰动诱发时滞型岩爆，最大限度地降低岩爆造成的损失启示数条隧洞平行布置时，优先开挖距其最近的隧洞，且各掌子面沿轴线方向拉开一定距离、呈阶梯式推进，利用其开挖空间进行减震下台阶开挖启示682#洞掌子面11+00611+02311+060南侧裂缝该条裂缝局部可见深度约1m，张开约10cm该部位排水沟鼓起、拱脚围岩弹射造成钢筋网损坏11+050该部位已施工锚杆脱落悬空掘进方向出渣装载车振动偏移北侧拱肩之前已多次岩爆，局部坑深2m11+015北侧NWW结构面西东北侧1.上台阶开挖：引(2)11+023~11+060极强岩爆2010年2月4日14:53发生，底板开裂三、底板开裂及上抬岩爆案例分析2#洞掌子面11+00611+02311+060南侧裂缝该条69岩爆前局部岩爆坑深达2m引(2)11+023~11+060m洞段南侧拱脚围岩普遍弹出脱落岩爆前局部岩爆坑深达2m引(2)11+023~11+060m7011+050~11+060洞段南侧边墙部位钢筋网受岩爆碎石冲击脱落该洞段排水沟鼓起开裂，地下水经由开裂岩石底部流出11+050~11+060洞段南侧边墙部位钢筋网受岩爆碎石冲71岩爆主爆区岩爆主爆区72涨壳式中空注浆预应力锚杆，T=80kNNWW结构面V形爆坑涨壳式中空注浆预应力锚杆，T=80kNNWW结构面V形爆坑73出渣装载车移位，挡风玻璃完全脱落岩爆主爆区出渣装载车移位，挡风玻璃完全脱落岩爆主爆区74已装半车岩渣挡风玻璃完全脱落已装半车岩渣挡风玻璃完全脱落75裂缝贯通上台阶底板，可见深度1m，宽约10cm，该段围岩完整，无明显结构面裂缝贯通上台阶底板，可见深度1m，宽约10cm，该段围岩完整76原因分析岩爆段位于向斜核部附近地应力异常区NWW结构面导致局部高应力集中及时有效的上断面喷层和系统锚杆支护，提高了岩体极限储能，使积蓄的应变能因无法得到释放而向无支护或支护薄弱的拱脚和底板转移马蹄形断面的拱脚存在高应力集中，形成高能量聚积爆破扰动的触发(岩爆区距掌子面约15m，发生于爆破后48分钟)1952mT2b向斜核部应力异常区岩爆位置NWW结构面喷层系统锚杆V形爆坑原因分析1952mT2b向斜核部应力异常区岩爆位置NWW结构773-4-W，引(4)6+010~6+025底板上抬原底板线3-P-W，SK5+540~5+560南侧边墙岩爆边墙开裂3-4-W掌子面3-P-W掌子面2.上台阶开挖二：4#引水隧洞引(4)6+010~6+025极强岩爆2011年4月16日发生，底板上抬，其中掌子面附近达2mSK5+540~5+560南侧边墙发生中等时滞型岩爆，北侧边墙初喷开裂3-4-W与3-P-W岩爆发生于3-4-W放炮后27分钟，两者几乎同步发生，前后相差约17秒50m埋深约2100m，岩性为T2b灰白色厚层状细晶大理岩；发育2-3组节理3-4-W与3-P-W已完成系统锚杆支护2100mT2b岩爆位置3-4-W，引(4)6+010~6+025底板上抬原底板线3783-4-W，引(4)6+010~6+025原路面垫渣0.5m底板新鲜岩层上抬1.5m系统锚杆南侧拱脚围岩已完全破碎北侧拱脚围岩已完全破碎3-4-W，引(4)6+010~6+025原路面垫渣0.5m793-3-W3-4-W3-P-W底板上抬中等时滞型岩爆原因分析：(1)底板聚集高应变能3-4-W岩爆区南侧隔离岩柱内事件聚集且多为大事件，岩体破裂活动剧烈，高应力集中向3-4-W底板转移，形成高能量聚集区3-4-W岩爆区岩体较完整，属Ⅲ类围岩，聚能能力较强；而岩体破裂活动较缓和，能量未得到很好耗散上台阶开挖期间微震事件随时间演化规律上台阶开挖期间微震事件空间分布累计微震能E/106J事件当地震级时间/月-日-0.23-4-W岩爆累计微震能E/106J事件当地震级时间/月-日-0.2岩爆3-P-W3-3-W3-4-W3-P-W底板上抬中等时滞型岩爆原因分析80(2)上断面系统锚杆紧跟掌子面，有效提高了围岩强度和极限储能能力，导致应变能向未进行任何支护、强度相对较低的底板转移(3)马蹄形断面的圆弧面上光滑、成型好，应力分布均匀，不易形成应力集中，而拱脚处存在高应力集中，现场破坏情况证实了这一点3-4-W岩爆发生区域系统锚杆系统锚杆3-4-W掌子面附近北侧系统锚杆及拱脚破坏系统锚杆两侧拱脚围岩已完全破碎下台阶上台阶(2)上断面系统锚杆紧跟掌子面，有效提高了围岩强度和极限储能81(4)爆破扰动强烈频繁受到附近掌子面爆破扰动作用3-4-W掌子面4月16日8:30炮次：进尺4m，炸药450kg，比平均药量多出近80kg，为近半月来药量最大的一次爆破；岩爆发生于爆破后27分钟3-4-W洞段开挖期间每次爆破药量情况(2011年)时间/月-日每次爆破药量/kg与岩爆对应的炮次平均药量3-3-W3-4-W3-P-W底板上抬73m107m附近掌子面爆破对岩爆段的影响(4)爆破扰动强烈3-4-W洞段开挖期间每次爆破药量情况(823.下台阶开挖：3#引水隧洞引(3)5+730~5+790强烈岩爆2011年11月26日19:10发生，北侧边墙爆坑最深约3m，洞底上抬约60cm，引(3)5+730~742洞底多处裂开。26日掌子面桩号约引(3)5+742埋深：1963m，岩性为T2b灰白色厚层状细晶大理岩岩爆段周围支护情况：上断面：已完成系统锚杆，挂有钢筋网，并已喷射混凝土下断面：刚开挖，暂未支护1963mT2b工程地质剖面图岩爆位置3.下台阶开挖：3#引水隧洞引(3)5+730~5+79083引(3)5+742~790北侧边墙（清理后，最深约达3m）

上断面与下断面分界线爆坑最深处引(3)5+742~790北侧边墙（清理后，最深约达3m）84引(3)5+742~770南侧边墙引(3)5+742~770南侧边墙85引(3)5+730~742上断面洞底多处裂开引(3)5+730~742上断面洞底多处裂开86引(3)5+742~780洞底抬升（最高约60cm）抬升部位引(3)5+742~780洞底抬升（最高约60cm）抬升部87上台阶开挖微震事件随时间演化规律日期/月-日累计微震能/MJ事件震级发生岩爆时段未发生岩爆时段-0.26.20~7.57.6~9.3上台阶开挖微震事件空间分布规律岩爆区岩爆区(a)横剖面(a)横剖面(b)平面投影(b)平面投影原因分析：(1)上断面3次岩爆后，及时加强的系统支护提高了岩体强度，事件向围岩深部和底板扩展，表明应力和能量发生了转移，在底板形成高能量聚集区排水洞排水洞引(3)5+730~5+790岩爆情况ABCD北南A上断面6月24日5775~5788中等B上断面7月2日5728~5743中等C上断面7月5日5760~5780滞中D下断面11月26日5730-5790强烈上台阶开挖微震事件随时间演化规律日期/月-日累计微震能/MJ88(3)落底开挖，破坏了底板岩体的完整性，尤其是对拱脚的破坏严重降底了底板岩体的强度，解除了底板岩体对高应变能的约束，为高应变能的释放提供了条件(4)爆破扰动的触发（岩爆滞后于落底爆破约1分钟）落底开挖上台阶开挖(3)落底开挖，破坏了底板岩体的完整性，尤其是对拱脚的破坏89上台阶开挖轮廓线下台阶开挖轮廓线底板松动爆破孔本循环上台阶开挖爆破孔底板松动爆破孔下台阶开挖边界上台阶开挖边界循环进尺底板松动爆破孔布置图启示1)上台阶开挖：修改开挖断面形态：拱脚布置成过度平缓的圆弧形加强边墙、拱顶支护的同时，加强两侧拱脚支护，并保证支护质量必要时对底板实施少量钻孔的松动爆破，使应变能向底板深部转移在局部区域如拱脚布置应力释放孔或应力解除爆破采用短进尺、弱爆破，减弱爆破震动，

并错开或延长各次爆破的周期开挖断面形态的变更上台阶上台阶加强拱脚支护示意图上台阶开挖轮廓线下台阶开挖轮廓线底板松动爆破孔本循环上台阶开904.SimulationofrockburstevolutionprocessSectionalshapemeasuredbypracticalengineeringThefinalsectionalshapebetweenpracticalengineeringandthepresentmethodsimulationareveryclose.ComparisonforsectionalshapeofrockburstSimulationresultbypresentmethod4.Simulationofrockburstevo91Displacementevolutionwithrockfailureprocess2steps4steps6steps8steps4.SimulationofrockburstevolutionprocessDisplacementevolutionwithro925.3Displacementevolutionwithrockfailureprocess12steps15steps18steps21steps4.Simulationofrockburstevolutionprocess5.3Displacementevolutionwit93Displacementevolutionwithrockfailureprocess8stepsRevealthefailureprocessofrockfromcrackinitiation,tocrackpropagationandcrackcoalescence,untilrockblockforming4.SimulationofrockburstevolutionprocessDisplacementevolutionwithro94

Stressevolutionwithrockfailureprocess4.SimulationofrockburstevolutionprocessStressevolutionwithrockfa95

EvolutionofequivalentplasticstrainwithrockfailureprocessMuchlargerofequivalentplasticstraincanbeseenforrockwhichisclosetotheboundaryofcavern.4.SimulationofrockburstevolutionprocessEvolutionofequivalentplast96Evolu