巖爆發(fā)生規(guī)律及防治措施

1、巖爆發(fā)生的規(guī)律：巖爆發(fā)生在質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、干燥無(wú)水、高應(yīng)力區(qū)的脆性巖體中。在隧 道開(kāi)挖形成的新臨空面附近。初始應(yīng)力由原來(lái)的三向狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閮上驊?yīng)力 狀態(tài)，并在開(kāi)挖壁上局部應(yīng)力集中，若壁面集中的最大切向應(yīng)力達(dá)到某一 臨界應(yīng)力時(shí)，巖爆災(zāi)害才會(huì)發(fā)生。因此，可以說(shuō)工程施工是巖爆發(fā)生的誘 發(fā)條件。不同的開(kāi)挖方法，造成的壁面局部應(yīng)力集中的程度和部位不同， 所以不同的巖爆特征及危害程度也是不同的。巖爆發(fā)生有以下幾個(gè)規(guī)律：1、巖爆最強(qiáng)部位是距掌子面1-3B（B為硐徑）。發(fā)生巖爆要比開(kāi)挖落后， 巖爆發(fā)生時(shí)，就發(fā)出“啪-啪-”的或撕裂的聲音，隨后是片狀巖塊爆落下來(lái)， 并有不同程度的彈射，彈射距離與巖爆等級(jí)有關(guān)，從

2、1-2M甚至超過(guò)20M， 巖爆巖塊多呈片狀、透鏡狀、棱塊狀，少數(shù)為板狀，塊體大小一般為0.15-0.3M，寬 0.1-0.2M，厚 0.05-0.1M，大的巖塊可長(zhǎng)達(dá) 1.0-1.5M，寬 0.5-0.7M，厚 0.1-0.2M。2、巖爆發(fā)生一般分期發(fā)生，其特點(diǎn)分別為：巖爆嚴(yán)重期。暴裂后2-4小時(shí)， 開(kāi)始在掌子面巖爆發(fā)生頻繁，經(jīng)常有薄片狀、透鏡狀、的巖塊清脆的剝落 聲，若巖性致密時(shí)，會(huì)出現(xiàn)悶雷聲，這種現(xiàn)象4小時(shí)至開(kāi)挖后一周內(nèi)出現(xiàn)。 延緩期：一個(gè)星期至八個(gè)星期為延緩期。巖爆不定期發(fā)生，沒(méi)有規(guī)律可循， 這個(gè)時(shí)期對(duì)隧道的影響很大，防不勝防，經(jīng)常發(fā)生掉塊坍方向現(xiàn)象，所以 把這段時(shí)間稱為破壞期。穩(wěn)定期：

3、八個(gè)月至一年之后為穩(wěn)定期，但是在穩(wěn)定期期間，一旦有擾動(dòng)， 仍有可能發(fā)生巖爆。3、通過(guò)對(duì)巖爆坑的察看可知，巖爆爆裂面整體呈階梯狀V形斷面，爆裂面 以新鮮破裂面為主，少數(shù)遷就原生節(jié)理面，破裂面主要沿兩個(gè)方向發(fā)生， 一組破裂面與開(kāi)挖洞壁面平行，破裂角05度，另一組破裂角與洞壁斜交， 夾角為2025度，在新鮮的破裂面上可見(jiàn)定向排列的破裂紋，他與隧道切 向應(yīng)力方向大致平行。4、通過(guò)對(duì)有些隧道巖爆的巖體破壞特征與室內(nèi)試件受壓時(shí)的破壞特征對(duì)比 分析表明，巖爆破壞特征與室內(nèi)有端面約束的軸向變形或荷載控制下巖石 試件受壓破壞特征十分相似。因此，硬脆巖石中的巖爆屬于劈裂（或漲裂）。 其形成發(fā)生過(guò)程為逐漸破壞過(guò)程，

4、其過(guò)程分為三個(gè)階段。（1）、劈裂成板階段：儲(chǔ)存有較高彈性應(yīng)變能的脆性巖體，由于隧道開(kāi)挖 使初始應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生重分布，形成二次應(yīng)力場(chǎng)。此時(shí)在開(kāi)挖工作面附近由于 原來(lái)的三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)。距開(kāi)挖工作面后方約一倍洞徑 外的應(yīng)力集中系數(shù)最大，理論分析認(rèn)為，洞壁附近的最大應(yīng)力可達(dá)3 6 1一 63，出現(xiàn)在洞壁與61方向相切處，使洞壁附近的巖體受壓，導(dǎo)致垂直洞壁 方向上張應(yīng)力作用，使巖體在平行最大切向應(yīng)力方向產(chǎn)生劈裂，隨應(yīng)力增 大，不斷擴(kuò)大，相互貫通，并在洞壁以里一定深度形成板狀劈裂。板面平 直，無(wú)明顯擦痕，劈裂成板階段，圍巖消耗一部分彈性能，在初始應(yīng)力相 對(duì)較小，圍巖中彈性應(yīng)變能儲(chǔ)備較小的情況下

5、，這種劈裂破壞不再繼續(xù)發(fā) 展，僅在劈裂剝落。此時(shí)因無(wú)彈射現(xiàn)象，僅屬靜態(tài)下的破壞，一般不屬于 巖爆破壞，此時(shí)，則可將劈裂看作巖爆的初級(jí)破壞階段。（2）、剪斷成塊階段：切向應(yīng)力在平行破裂板面方向上繼續(xù)對(duì)其作用，產(chǎn) 生切向壓縮變形的同時(shí)，徑向變形愈加明顯，越靠近洞壁變形越大，板內(nèi) 剪切應(yīng)力隨之增大，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞和張剪復(fù)合破壞，巖石板被剪斷， 形成棱塊狀、透鏡狀及薄片狀巖塊（片），并具有明顯的大量擦痕，在板周 邊剪切微破裂，進(jìn)一步貫通形成宏觀V形斷面和W形邊界。（3）、塊片彈射階段：在“劈裂一一剪斷”時(shí)，產(chǎn)生聲響和震動(dòng)，當(dāng)形成 的巖塊在切向應(yīng)力作用下發(fā)生折斷后，多數(shù)成片狀或小塊狀，有的節(jié)理裂 隙也

6、可呈大塊狀，這些巖塊獲得剩余的能量，則發(fā)展到巖爆的第三階段， 即塊片彈射階段。主要表現(xiàn)是彈性能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，致使巖塊以一定的速度 和散射角驟然向洞內(nèi)臨空方向彈射，形成巖爆災(zāi)害。巖爆的防治技術(shù)：在對(duì)巖爆發(fā)生部位進(jìn)行確認(rèn)和對(duì)巖爆危害分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地采取 如下防治措施：（1）、超前應(yīng)力解除。超前應(yīng)力解除是在S1方向離洞壁的安全距離K，采 用鉆孔放炮的方法，形成一個(gè)厚度S的人工破碎帶，以加速圍巖應(yīng)力釋放 和達(dá)到洞室應(yīng)力降低的目的。（2）、噴、注高壓水降低巖體強(qiáng)度。在工作面和附近洞壁上打孔，也可利 用炮眼和錨桿孔，向巖層表面噴水和向深部巖體注水，使水滲到巖體的內(nèi) 部空隙中，降低巖石強(qiáng)度和彈性模量，

7、提高巖體塑性變形能力，減緩巖爆。（3）、增設(shè)臨時(shí)防護(hù)設(shè)施。在臺(tái)車和其他設(shè)備上安裝防護(hù)網(wǎng)、防護(hù)棚架， 在開(kāi)挖工作面及附近的巖爆部分加掛鐵絲網(wǎng)，防止巖爆出現(xiàn)時(shí)發(fā)生彈射和 巖塊墜落傷人以及損壞機(jī)具設(shè)備。（4）、加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)。采用噴混凝土、噴鋼纖維混凝土、錨桿加密加長(zhǎng)、 加掛鋼筋網(wǎng)、增加鋼支撐等措施，提高臨時(shí)支護(hù)的效果，可明顯提高巖爆施工段的安全度。（5）、選擇適當(dāng)?shù)腻^桿類型及錨桿的長(zhǎng)度和密度。錨桿的類型有多種，砂 漿錨桿、樹(shù)脂錨桿、邁式錨桿、縫管式錨桿等。一般在巖爆區(qū)以選擇摩擦 力、膨脹力大的錨桿為宜，錨桿的長(zhǎng)度一般為1.53.5m，間距1.52.0m梅 花形布置，若開(kāi)挖面發(fā)生巖爆，該處錨桿要適當(dāng)加

8、長(zhǎng)，原則上為每循環(huán)進(jìn) 尺的兩倍，以便在每次循環(huán)后仍有一半的錨桿存留在巖體中，對(duì)開(kāi)挖面繼 續(xù)起著加固作用，密度一般23平方米一根。錨桿主要安裝在可能巖爆和 巖爆頻繁發(fā)生的部位，安裝方向應(yīng)盡量垂直洞壁面和開(kāi)挖面。巖爆嚴(yán)重的 地段錨桿應(yīng)加托板。錨桿安裝時(shí)間：對(duì)于放炮后拱部即發(fā)生巖爆區(qū)段，應(yīng) 在該循環(huán)打炮眼時(shí)，在開(kāi)挖面邊緣沿開(kāi)挖方向打斜向上的超前錨桿，放炮 后再及時(shí)增加垂直洞壁的錨桿。（6）、格柵拱架與錨桿，錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。在中等或強(qiáng)烈?guī)r爆活動(dòng)部位， 采用格柵拱架錨桿、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，可有效地提高結(jié)構(gòu)的整體支護(hù)能力， 同時(shí)施做網(wǎng)噴混凝土，可以防止碎塊的彈射和坍落。（7）、改善施工方法。在巖爆嚴(yán)重地段，將全斷面一次開(kāi)挖改為分步開(kāi)