云南某隧道围岩岩爆监测报告

xx州xx县xx公路改建工程xxxx隧道围岩岩爆监测报告JK-027第二十七期隧道第一合同段(进口)起止桩号：K2+730~K2+780检测内容：围岩岩爆监测检测方法：声发射监测法监理单位:云南省xx咨询有限公司施工单位：云南xx桥梁工程有限公司云南公路xx检测中心xx公路改建工程隧道监控检测第一合同段二零一三年五月二十三日xxxx隧道K2+730~K2+780（进口）数据采集：报告编写：报告审核：注意1、本报告无检测、负责、审核、签发人签字无效；2、本报告无检测单位专用章无效，涂改、错页、换页、漏页无效；3、未经书面同意本报告不得复制或作为其他用途；4、如对本报告有异议或需要说明之处，可在报告发出后30天内向本单位书面提出,本单位将于5日内给予答复，逾期不再受理。5、本报告的检测数据是在检测当天的环境条件下的测试数据，本报告的检测数据只对测试现场的条件有效，如检测样本的状况产生变化，重新测试的数据结果不具备可比性。检测单位：云南公路xx检测中心地址：云南省xx市xx3号目录1 概述 12 监测依据 13 检测原理和设备 24 地质情况 35测试结果 56结论与建议 11概述受云南xx州xx县xx公路改建工程公路建设指挥部委托，我公司承担了xx州xx县xx公路改建工程xxxx隧道围岩岩爆预测预报工作。其目的在于：预测围岩的岩爆信息，从而为隧道施工阶段的施工支护方式做好准备、防止可能出现的工程险情、确保合理的施工措施，降低隧道施工风险，促使隧道施工技术更趋科学合理，为隧道施工服务。由于岩爆的发生与施工进度和岩体地质情况有密切关系，而且还具有滞后性（在开挖时基本稳定，开挖后2天内突然大面积失稳）。因此，本项目结合岩爆发生规律，先结合地质超前预报情况和掌子面出露岩层条件判断掌子面前方30-50m范围内是否属于轻微岩爆区或者中等岩爆区，然后根据实测预报岩爆滞后时间，为隧道施工提供预警预报。2012年7月10日~2013年5月23日对xxxx隧道进口掌子面K1+460~K2+733.2进行测试，2013年5月23日进行资料处理与报告编写。监测依据岩爆辨识的经验观测方法：岩体在钻孔过程中或爆破后出现深部或浅部爆裂声或伴随着呈片状剥离掉块和岩体自行辟裂现象时，一般情况下，可先考虑有岩爆的可能性；表1岩爆分级依据岩爆烈度轻微岩爆中等岩爆强烈岩爆剧烈岩爆分级依据围岩表层无声响或不易察觉的微弱响声，劈裂的岩块自由下落或松弛后下落，规模小，表现为岩坑较浅，爆落岩片尺寸小、数量少，多为破裂剥落型，σθ/σc≈0.3～0.5,对施工影响小爆裂脱落、剥离现象较严重，岩屑或岩块向临空面弹出，伴有清脆爆裂声，表现为岩爆坑连续分布，规模较大，坑径可达数米，坑深一般小于2m，爆落岩石尺寸较大，数量多，多为弹射型及破裂剥落型，σθ/σc≈0.5～0.7，对施工有一定影响岩爆时伴有巨响，具有锐利边棱的大小岩石碎片迅猛飞出，表现为岩爆坑连续分布，坑深一般都在2m以上，爆落岩石尺寸大，数量多，且造成围岩大面积开裂失稳，严重威胁施工人员及设备安全，σθ/σc≈0.7～0.9，对正常施工及硐室影响大剧烈的爆裂弹射甚至抛掷性破坏，有似炮弹巨响声，岩爆具有突发性，并迅速向围岩深部发展，影响深度可大于2m，σθ/σc＞0.9，严重影响甚至可以摧毁工程，释放的能量可相当于200多吨TNT炸药。严重的岩爆像小地震一样，可在100多公里之外测到，测到的最大震级为4.6级注：σθ/σc与围岩强度比不同；其中，σθ为地下工程围岩最大切向应力，σc岩石单轴抗压强度。整体性较好、弹性脆性层状岩层层面某部位突然出现呈贝壳凹穴状（片状剥落）以及岩块弹射的情况等可认定为岩爆现象。岩爆分级标准如表1所示。本监测将结合《公路隧道设计规范JTGD70-2004》，基于现场地质情况，采用声发射多指标综合评判。检测原理和设备岩爆是指井巷或工作面周围岩体，在二次应力分配过程中积聚了大量的弹性变形能，由于弹性变形能的瞬间释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴随岩体抛出、巨响及气浪等现象，是深部岩体破坏失稳的主要方式。岩爆失稳有两个主要特征：一个是动力破坏，弹性能瞬间释放；另一个是滞后效应，往往在开挖时基本稳定，开挖后1-2天内突然大面积失稳。声发射监测法是利用岩体在开裂过程中会释放能量发出一定频率的声音，通过声发射探头接收岩体开裂过程中发出的声音，这些声音可以客观反映岩体开裂情况。采用仪器自带软件处理声发射探头接收的声波信号，然后根据处理后的数据得到声发射事件数、大事件数、振铃计数、能量、能率及岩体声发射信号波形等，根据声发射波形和岩体结构特征综合预测围岩岩爆。本次监测采用的主要设备为SF-BC1型岩体声发射监测仪，有效范围为50m。SF-BC1型岩体声发射监测仪主要适用于矿山及其他岩土工程涉及的声发射信号的长时自动监测，具有以下主要功能：(1)对传感器接受的岩体声发射信号进行采样存储；(2)可进行较长时间（大于10天，视电池容量）的岩体声发射信号自动监测、采样，并存储为波形数据文件；(3)通过监测仪的输出接口（USB），与微型计算机（现场一般采用笔记本电脑）的USB接口连接，将采样波形数据文件转储于微型计算机以待处理；(4)监测仪提供一套岩体声发射数据处理软件，以获取岩体声发射相关参数。图1SF-BC1声发射监测仪图2声发射数据处理软件声发射监测仪器及数据处理软件如图1和2所示。监测时长为10分钟，可以监听监测点附近50m范围内声发射情况，监测点位掌子面上较平整的岩石表面。而且，监测时需尽量关停洞内机械设备，如风机、挖机和发电机等。地质情况【掌子面照片】掌子面左面岩体干燥无水，岩体强度较高，整体呈大块状，在图中可以明显看见一倾斜结构面，倾角约为70°左右，倾向朝右边墙方向，总体来说不影响围岩的稳定性掌子面左面岩体干燥无水，岩体强度较高，整体呈大块状，在图中可以明显看见一倾斜结构面，倾角约为70°左右，倾向朝右边墙方向，总体来说不影响围岩的稳定性；掌子面右侧岩体总体上微湿，节理裂隙发育，但如图圆圈所示，还是有部分岩体干燥发白；拱顶有轻微的岩爆现象，掉片层状岩块，并可听见噼啪的声响。图3K2+694.8掌子面照片掌子面整体呈大块状巨块状，从敲击的声音可以知岩体强度较高，节理裂隙不发育，表面掌子面整体呈大块状巨块状，从敲击的声音可以知岩体强度较高，节理裂隙不发育，表面微湿，但中部有渗水现象；掌子面中部偏右有一断层，倾角约80°，倾向沿隧道轴向向内，总体上不影响围岩的稳定性；拱顶可以听到轻微的劈裂声，并伴随片状石块剥落，剥落块体最大约为宽20cm长30cm，属于轻微岩爆现象。图4为K2+733.2掌子面的照片从拱肩的照片上，可以看到由于岩爆梯形岩爆坑，并依稀可以看出岩体的层状剥离，拱顶形成一定的超挖局面，形状不规则，此次岩爆面积达10㎡左右，剥落的岩体最长约30cm，宽约15cm从拱肩的照片上，可以看到由于岩爆梯形岩爆坑，并依稀可以看出岩体的层状剥离，拱顶形成一定的超挖局面，形状不规则，此次岩爆面积达10㎡左右，剥落的岩体最长约30cm，宽约15cm，厚5cm，并可以听到噼啪的声响，而且此次岩爆发生的时间明显晚于掌子面的开挖进程（掌子面桩号K2+733.2），属于轻微岩爆。图5K2+728附近拱肩岩爆照片（岩爆滞后照片）这张拱顶照片显示出由岩爆而产生梯形状岩爆坑且中间几乎呈三角状（如圆圈所示），可见岩体的层状剥离（如素描），拱顶形成非常大超挖局面，整体形状较不规则，面积达12㎡，深度达50cm，并有相当数量的岩块剥落且掉落的岩体有的达数吨重；从裸露出来的岩体可以看见，岩体干燥无水，呈灰白色，强度较大；且此次岩爆发生的时间晚于掌子面的开挖进程，属于中等岩爆这张拱顶照片显示出由岩爆而产生梯形状岩爆坑且中间几乎呈三角状（如圆圈所示），可见岩体的层状剥离（如素描），拱顶形成非常大超挖局面，整体形状较不规则，面积达12㎡，深度达50cm，并有相当数量的岩块剥落且掉落的岩体有的达数吨重；从裸露出来的岩体可以看见，岩体干燥无水，呈灰白色，强度较大；且此次岩爆发生的时间晚于掌子面的开挖进程，属于中等岩爆图6K2+610左右的拱顶照片（岩爆滞后照片）【掌子面岩性】此次监测期内，掌子面围岩的岩性呈阶段性变化，从掌子面照片可以看出此阶段围岩部分区段是干燥无水，故颜色呈灰白色；其他区段则出现渗水或滴水现象，但多出现在掌子面的下部或边墙，而上部及拱顶多是干燥无水；从桩号K2+694.8掌子面照片可看出，岩体整体左侧为灰褐色~灰白色花岗闪长岩，岩体较坚硬，完整性较好呈大块状、巨块状，总体层间结合力较好，部分岩体节理裂隙发育，易产生掉块现象。此阶段由于围岩埋深较大故地应力较大，且地温较高，大部分地区岩体较干燥，致使产生了岩爆现象。从桩号K2+631至本次监测结束桩号K2+733.2，掌子面开挖后，围岩均发生了不同程度上的岩爆现象，并且多处出现滞后发生岩爆，滞后的时间长短不一，多为两三天滞后。此次监测阶段，在掌子面处开挖后几乎都发生了一定程度的轻微岩爆，而且岩爆的滞后现象也在开挖后多处发生，岩爆的大体情况为产生梯形、三角形等不同程度的岩爆坑，并可见层状剥离的情形，形成一定的超挖局面。最为明显的是在桩号为而在K2+610附近出现了中等岩爆，该岩爆产生三角形的岩爆坑，并明显可见岩体的剥落后的巨大超挖局面，此次岩爆面积达12㎡左右，最大深度约达50cm，剥落的岩块有的达数吨之重，裸露出来的岩体干燥呈灰白色，强度较高，呈大块状。测试结果图7本监测期内隧道进口端围岩声发射事件数变化图8本监测期内隧道进口端围岩声发射事件率图9本监测期内隧道进口端围岩声发射大事件数变化图10本监测期内隧道进口端围岩声发射大事件率图11本监测期内隧道进口端围岩声发射总能量变化图12本监测期内隧道进口端围岩声发射能量率图13本监测期内隧道进口端围岩声发射振铃计数变化图14本监测期内隧道进口端围岩声发射振铃率图15进口端5月7日(桩号K2+694.8)实测波形图16进口端5月20日(桩号K2+716)实测波形图17进口端5月23日(桩号K2+733.2)背景波形图18进口端5月23日(桩号K2+733.2)背景波形表2隧道围岩声发射特征次数事件数事件率大事件数大事件率总能量总能量率振铃计数振铃计数率12880.91720.231317.654.1621966.9222880.91300.09228.940.7215754.9632130.67490.152902.929.1228849.0741700.58280.11284.324.3714034.875960.3140.04835.112.6415024.7461690.53280.091068.873.3614834.67730.01001.52030.018790.25180.06271.240.857462.3591240.39220.071757.65.5527298.6110560.1840.0117.170.052190.6911860.27160.05782.632.4611313.5612340.1120.0179.730.252870.9113450.1470.02216.040.684301.3514280.0940.01134.470.422520.7915660.2190.0380.520.254001.26162080.66300.091344.614.2430989.78172660.84490.153438.210.82600818.918650.21150.05642.222.0313404.2319490.15110.03195.610.624191.32201920.61520.162228.047.05553417.5121390.12120.04403.361.2710903.4422910.29270.08627.711.978682.7323990.31180.06432.91.379673.0524830.26180.06296.280.939573.01251540.49400.131219.243.8529469.3261580.5280.09329.571.0417925.6427380.1260.02152.320.482460.78281250.39250.08732.632.314724.6329350.1160.02372.251.173661.1530660.21120.04711.462.256261.9831450.14150.051561.744.939052.8632250.081012.670.041880.5933240.0820.0125.880.081390.4434630.2120.04245.180.778172.5835540.1860.0241.360.142070.68361020.74230.17948.686.9239217.3937670.37330.1818803.59103.52513028.2438250.1320.0825.220.25850.46391280.53360.151040.674.2820178.340560.23110.054020.2816.5919708.13411941.07560.316451.2935.56715439.4442730.34140.064659.89113.85414619.1443730.65180.16830.557.3810639.454430.0310.017.030.0640.0345200.16100.08967.327.86004.8446820.63200.171232.4510.0311659.67471510.48380.121342.63.7928459.074860.0620.02591.346.077137.324990.0640.026.480.04970.615040.0210.01126.760.73880.5151620.33300.179723.6798.72403026.325250.0820.028.780.0860.0553420.13130.051864.6717.4410203.745420.0220.02306.96.011020.82551530.48220.08317.231.0217815.5656210.0820.0123.650.081270.39571590.51500.136989.4721.29615820.57582850.86880.2913210.2941.51251942.36591830.67430.169721.2935.35749927.27602340.77710.2315374.6350.471177738.66613191.05960.3216840.8255.281879661.7621430.6330.141898.077.91440518.37631870.58580.171925.035.66387912.68642320.91750.2940193.35156.921398554.665720.24100.031909.126.2723947.86662310.73660.2172064.79227.981855658.7671250.52310.131984.68.1922339.21681710.56440.154728.4415.6409513.51691040.34280.0918693.7761.57928130.5770680.22200.073131.0710.32310410.23711400.68530.2619825.3996.171002948.6572780.26240.08933.673.0818726.18734181.37830.269025.7629.511037636.46742660.88600.22986.449.85448914.8751090.36230.085382.7817.77326710.79762900.88860.2712830.4641.81260843.38776201.332560.89986.2634.531253838.3978321.03970.3223825.5578.741327043.8679570.26120.053963.717.86228210.28801110.38250.092540.948.7616805.79812750.771200.3449034.36136.892534870.77821330.44400.132684.148.84388312.79表3岩爆情况统计次第时间桩号岩爆情况烈度位置12012/7/21K1+512.2有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶22012/7/26K1+552.1岩石较硬轻微岩爆掌子面拱顶32012/7/31K1+570有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱腰42012/8/6K1+609有较大节理轻微岩爆掌子面拱顶52012/8/18K1+676有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱腰62012/8/20K1+687.3有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱腰72012/9/6K1+750.9渗水大，有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶82012/10/3K1+873.5有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶92012/10/12K1+902.3有薄弱夹层中等岩爆掌子面拱腰102012/10/15K1+916.5有薄弱夹层中等岩爆掌子面拱顶112012/10/17K1+922.7有薄弱夹层中等岩爆掌子面拱顶122012/10/25K1+962.3有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶132012/11/12K2+010.5有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶142012/11/20K2+066.7有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶152012/11/29K2+099.3渗水大，有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶162012/12/11K2+159.5有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶172012/12/23K2+204.8有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶182013/1/3K2+243.4有较大节理中等岩爆掌子面拱腰192013/1/6K2+265.1有薄弱夹层中等岩爆掌子面拱顶202013/1/19K2+318.2有较大节理轻微岩爆掌子面拱顶212013/1/25K2+352.4有较大节理轻微岩爆掌子面拱顶222013/3/5K2+423有薄弱夹层轻微岩爆掌子面拱顶232013/3/7K2+429.3有较大节理轻微岩爆掌子面拱顶242013/3/15K2+465.5掌子面右上侧岩块脱落后留下的岩爆坑，岩爆坑最深约为5cm,总体面积约为4㎡,有劈裂声，但规模较小。轻微岩爆掌子面及拱顶252013/3/18K2+473.3在掌子面与曲墙交接附近即拱肩附近，剥落的岩块最大尺寸约为长40cm,宽25cm,现场能看见掉块现象。轻微岩爆左侧拱肩拱顶262013/3/20K2+486拱顶左侧可以清晰看见灰白色的岩爆坑，剥落面积达2㎡左右，可以听见明显的劈裂声。轻微岩爆掌子面及左侧拱顶272013/3/28K2+526.1掌子面及拱顶多处发生岩爆现象，较严重情况持续时长达16个小时，此时段有时可以听见类似小炮的响声。中等岩爆掌子面及整个拱顶282013/4/1K2+545在距开挖掌子面后8米左右处发生中等岩爆，岩爆坑面积达8㎡，最大岩爆坑深度达9cm。中等岩爆（滞后）拱顶右侧292013/4/11K2+581.8掌子面上部及拱顶多处发生岩爆，剥落的岩块最大宽约为7cm，长12cm，现场可听见轻微的劈裂声音。轻微岩爆掌子面及拱顶302013/4/14K2+601.3断面开挖后岩壁有噼啪声响，岩石劈裂呈板片状，厚度小于6cm，爆坑深度约4cm，零星分布轻微岩爆掌子面及拱顶312013/4/20K2+618岩爆坑为弧形梯形状，拱顶形成超挖局面形状不规则，此次岩爆面积达10㎡左右，最大深度达25cm，剥落的岩块最大的宽约40cm，长约65cm，为大片状分布中等岩爆（滞后）拱顶中部及右侧312013/5/20K2+710（滞后）岩爆坑为三角形状，拱顶形成巨大超挖局面，此次岩爆面积达12㎡左右，最大深度达50cm，剥落的岩体最大重达数吨之重中等岩爆（滞后）拱顶中部302013/5/23K2+733.2断面开挖后岩壁有噼啪声响，岩石劈裂呈板片状，厚度小于6cm，爆坑深度约4cm，零星分布轻微岩爆拱顶及拱肩【声发射波型特征】(1)图6和图7表示本监测期内进口端隧道围岩声发射事件数及事件率的变化规律，从图6中可知本监测期内进口端隧道围岩声发射事件数整体呈上下波动趋势，在围岩较干燥的区段，其数值有所升高，图7中声发射事件率也具有类似的规律；（2）图8和图9表示本监测期内进口端隧道围岩声发射大事件数及大事件率的变化规律，从这两幅数据图中可知本监测期内声发射大事件数及大事件率上下波动，规律基本和声发射事件数和事件率相似；（3）图10和图11表示本监测期内进口端隧道围岩声发射总能量及能量率的变化规律，在桩号K2+716处能量明显增大，说明了此桩号岩体及其周围的能量的释放率大小较大，而在此桩号及其附近发生了不同程度的岩爆；（4）图12和图13表示本监测期内进口端隧道围岩声发射振铃计数及振铃计数率的变化规律，从图12和图13中可知本监测期内进口端隧道围岩声发射振铃计数及振铃计数率均呈较大波动，说明了岩体在释放应力的过程中处于不稳定状态。【分析解释】据现场地质资料和地质超前预报资料，前面部分区段岩体较完整，岩体呈块石、大块状砌体结构，围岩稳定性较好；因此，各监测指标均呈波动趋势，说明前方岩体岩性有一定的变化，由各种因素如含水量、整体性、岩体强度等共同作用的结果。本次监测阶段K2+678.5~K2+733.2掌子面岩体表面总体上较干燥且地温较高，故多处发生不同程度的岩爆现象；而且在这种条件下比较利于岩体储存储能，因此围岩内储存的能量会逐渐累积直至达到岩体的极限承载力而发生岩爆，剩余的能量越多，发生岩爆的强度要越激烈；而且此次监测更加反应出岩爆的滞后性，在开挖开挖加宽带处，桩号约K2+710处(滞后)出现了中等岩爆。6结论及建议【结论】根据围岩破碎程度、岩体含水情况和声发射大事件数及振铃计数，并由地质资料中围岩较干燥且处于高地温，岩性整体较好，强度较高，比较利于岩体能量的储存，初步预测进口端K2+730~K2+780范围内为中等偏弱岩爆区。岩爆预测预报是世界性难题，岩爆预测预报需要掌握准确地质情况，准确判定还需要一段时间的持续监测，根据施工进度实时进行判断。（1）据现场地质资料和地质超前预报资料，结合本次监测的数据显示即各项监测指标均较前段时间监测数据要有所下降，且由于前方区段围岩完整性较好整体呈大块状，强度较高且岩体处于高埋深地段，故预测进口端K2