巖爆頂板安全管理

巖爆頂板安全管理現(xiàn)場管理班：宋華2013年11月12日

巖爆是高應(yīng)力地區(qū)地下硐室中圍巖脆性破壞時應(yīng)變能突然釋放造成的一種動力失穩(wěn)現(xiàn)象,屬于高應(yīng)力地區(qū)硐室開挖中常見的一種地質(zhì)問題。

通過巖爆室內(nèi)實驗資料分析，巖爆是高能量巖體在開挖形成的臨空條件下能量突然釋放的地球物理現(xiàn)象。由于地下采掘，使原有的地應(yīng)力平衡被打破,不僅地應(yīng)力將重新分布，而且往往造成局部圍巖應(yīng)力躍升及能量進一步集中，并可能導(dǎo)致圍巖變形局部化現(xiàn)象,誘發(fā)巖石中的微破裂，使圍巖由靜態(tài)平衡向動態(tài)失穩(wěn)發(fā)展，釋放大量彈性能，形成巖爆。巖爆的定義巖爆產(chǎn)生的條件：1、近代構(gòu)造活動山體內(nèi)地應(yīng)力較高，巖體內(nèi)儲存著很大的應(yīng)變能；

2、圍巖新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，屬堅硬脆性介質(zhì)，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，應(yīng)力解除后，回彈變形很??；

3、具有足夠的上覆巖體厚度，一般均遠(yuǎn)離溝谷切割的卸荷裂隙帶，埋藏深度多大于200m；

4、無地下水，巖體干燥；

5、開挖斷面形狀不規(guī)則，造成局部應(yīng)力集中。6、在溶孔較多的巖層里，則一般不會發(fā)生巖爆。隧道內(nèi)巖爆的特點：1、在未發(fā)生前，并無明顯的征兆，雖經(jīng)過仔細(xì)尋找，并無空響聲，一般認(rèn)為不會掉落石塊的地方，也會突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊有時應(yīng)聲而下，有時暫不墜下。

2、巖爆發(fā)生的地點多在新開挖的工作面附近，個別的也有距新開挖工作面較遠(yuǎn)，常見的巖爆部位以拱部或拱腰部位為多；巖爆在開挖后陸續(xù)出現(xiàn)，多在爆破后的2～3小時，24小時內(nèi)最為明顯，延續(xù)時間一般1～2個月，有的延長1年以上，事前一般無明顯預(yù)兆。

隧道內(nèi)巖爆的特點：

3、

巖爆時圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可多達幾十噸重。石塊由母巖彈出，小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。

4、巖爆圍巖的破壞過程，一般新鮮堅硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆；在強度較低的巖體，則在離隧洞掌子面以里一定距離產(chǎn)生，造成向洞內(nèi)臨空面沖擊力量最大，這種巖爆屬于深部沖擊型。依據(jù)巖爆發(fā)生的原因：斷層滑動礦柱破壞應(yīng)變型巖爆。根據(jù)巖爆發(fā)生的時間：瞬時巖爆滯后巖爆兩者的形成機理有所不同：

瞬時巖爆的最大應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖體強度，當(dāng)開挖形成臨空面?zhèn)认迚毫獬龝r，應(yīng)力不能及時調(diào)整，切向應(yīng)力來不及增加的情況下發(fā)生了巖爆的現(xiàn)象。

滯后巖爆的最大應(yīng)力水平接近于巖體強度，當(dāng)開挖形成臨空面?zhèn)认迚毫獬龝r，應(yīng)力能夠調(diào)整，切向應(yīng)力迅速增加的情況下發(fā)生了巖爆的現(xiàn)象。巖爆的分類

無論是瞬時巖爆，還是滯后巖爆，都要經(jīng)歷巖爆應(yīng)力演化過程和巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程。巖爆應(yīng)力演化過程

巖爆板裂結(jié)構(gòu)演化過程

瞬時巖爆的應(yīng)力路徑

瞬時巖爆和滯后巖爆的應(yīng)力路徑差異滯后巖爆的應(yīng)力路徑瞬時巖爆和滯后巖爆的應(yīng)力路徑差異

巖石剝落是一種可以在開挖面附近顯著看到的巖石漸進破壞過程，包括延伸或張拉破壞（裂紋擴展圖a）以及剪切破壞過程（明顯沿著既存弱結(jié)構(gòu)面b）。剝落破壞可能是逐步發(fā)展，也可能以應(yīng)變型巖爆的方式突然出現(xiàn)。延伸型剝離

沿弱面剪切破壞

片麻巖中應(yīng)力導(dǎo)致的破壞巖石剝落和巖石碎脹

巖體碎脹是由于大塊或中等塊度節(jié)理巖體破壞而導(dǎo)致的體積增長過程。由于側(cè)向收縮，巖體破碎成塊狀并沿徑向朝洞內(nèi)移動。這種情況會大大增加支護的變形量。如果沒有支護的話，碎脹系數(shù)可以達到35%。而如果設(shè)置適當(dāng)?shù)闹ёo體系，碎脹系數(shù)可以降低到5-10%。巖爆彈射現(xiàn)象巖爆從洞壁彈射出的巖塊及靠近巖爆裂面殘留下來的斷塊多為棱塊狀、透鏡狀、磷片狀、片狀,少數(shù)為板狀。經(jīng)過長期研究，人們發(fā)現(xiàn)巖爆一般僅發(fā)生于堅硬的脆性巖石中，隧道橫斷面上的應(yīng)力分量的和(σ1+σ3)的量級一般較高。有研究者指出，應(yīng)力接近巖體強度的高儲能體的存在，是巖爆產(chǎn)生的內(nèi)因，某些附加荷載的觸發(fā)是其產(chǎn)生的外因。目前被廣泛采用的巖爆預(yù)測判據(jù)：切應(yīng)力(σθ)與單軸抗壓強度(σc

)之比，強調(diào)的主要是“荷載接近強度”，這被稱為巖爆發(fā)生機制的靜荷載理論。巖爆發(fā)生機制巖爆的烈度分級巖爆的烈度分級

從小的巖塊剝落到嚴(yán)重的破碎巖體剝離，圍巖破壞在劇烈程度或嚴(yán)重程度上有所不同。巖爆破壞的動力特性意味著在破壞過程中存在著潛在的有可能導(dǎo)致已支護和未支護洞室嚴(yán)重破壞或完全垮塌的能量釋放。Kaiseretal.(1996)

采用破壞深度(DepthofFailure)和沿巷道周界的側(cè)向破壞長度定義巖爆的嚴(yán)重程度。巖爆的烈度分級巖爆的烈度分級輕度的中等的嚴(yán)重的巖體強度巖體結(jié)構(gòu)巖性工程斷面尺寸效應(yīng)、形狀效應(yīng)開挖方式與開挖速度支護類型與施工質(zhì)量巖爆影響因素地應(yīng)力條件，包括重力、構(gòu)造應(yīng)力、工程擾動應(yīng)力等巖爆的預(yù)測一、地形地貌分析法及地質(zhì)分析法認(rèn)真查看其地形地貌，對該區(qū)的地形情況有一個總體的認(rèn)識，在高山峽谷地區(qū)，谷地為應(yīng)力高度集中區(qū)，另外根據(jù)地質(zhì)報告資料初步確定輔助洞施工期間可能遇到的地應(yīng)力集中和地應(yīng)力偏大的地段。依據(jù)地質(zhì)理論，在地殼運動的活動區(qū)有較高的地應(yīng)力，在地區(qū)上升劇烈，河谷深切，剝蝕作用很強的地區(qū)，自重應(yīng)力也較大。

巖爆的預(yù)測二、AE法（聲發(fā)射法）

AE法主要利用巖石臨近破壞前有聲發(fā)射現(xiàn)象這一結(jié)果，通過聲波探測器對巖石內(nèi)部的情況進行檢測，該方法的基本參量是能率E和大事件數(shù)頻度N，它們在一定程度上反映出巖體內(nèi)部的破裂程度和應(yīng)力增長速度。這種預(yù)報方法是最直接的，也是最有效的。

巖爆的預(yù)測

三、鉆屑法（巖芯餅化法）這種方法是通過對巖石鉆孔進行，可在進行超前預(yù)報鉆孔的同時，對鉆出的巖屑和取出的巖芯進行分析；對強度較低的巖石，根據(jù)鉆出巖屑體積大小與理論鉆孔體積大小的比值來判斷巖爆趨勢。在鉆孔過程中有時還可以獲得如爆裂聲、磨察聲和卡鉆現(xiàn)象等輔助信息來判斷巖爆發(fā)生的可能性。

巖爆的預(yù)測

四、地溫法采用紅外線測溫儀，若地溫接近正常埋深地溫，說明地下水滲流弱，圍巖干燥無水，則產(chǎn)生巖爆的可能性較大。以上幾種方法在實際施工過程中要綜合應(yīng)用，相輔相成互相印證，方能對巖爆的發(fā)生進行準(zhǔn)確的預(yù)報。針對隧道的地質(zhì)特征，在施工中可能出現(xiàn)巖爆的地段應(yīng)采取積極主動的預(yù)防措施和強有力的施工支護，確保巖爆地段的施工安全，將巖爆發(fā)生的可能性及巖爆的危害降到最低。在高應(yīng)力地段施工中可采用以下技術(shù)措施：1、改善巖爆條件:采用超前徑向鉆孔減壓。在產(chǎn)生巖爆位，打風(fēng)鉆孔或放小炮震裂，并可同時在風(fēng)鉆孔內(nèi)灌水，人為造成應(yīng)力擴敬，改變應(yīng)力集中狀態(tài)。2、改善巖爆發(fā)生的爆破振動誘因:在巖爆易發(fā)生洞段，采用短進尺，多循環(huán)的開挖方式，控制一次爆破用藥量，有利于應(yīng)力的逐步釋放，減輕爆破展動對圍巖極限應(yīng)力狀態(tài)的破壞。巖爆的防治3、加強支護:對需要永久襯砌的地段，巖爆部位可增設(shè)錨桿，同時掛網(wǎng)噴混凝土;對不需要永久襯砌的地段，采用臨時鋼木排架支護，聽到爆裂聲，立即進行支護。4、加強檢查清理力度:對巖爆作業(yè)面，在作業(yè)的過程中要加強檢查清