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Rockburst in Tunnels and Its Prevention

2015-09-16 922 0人评论
 

　1.概述
 
　　岩爆是地下空间开挖过程中，围岩的一种非正常破坏现象。这种破坏主要表现为破裂围岩的动力抛掷，并伴有不同程度的爆炸声。岩爆不仅使人产生恐惧感，而且直接威胁施工人员和设备的安全，严重的会诱发地震，造成地标建筑物损坏。
 
　　最初，岩爆主要见于深埋的采矿巷（hang）道或竖井内，如最大埋深达3000~4000m的南非金矿等。后来，在各类埋深相对较小的施工中也频繁出现，如挪威赫古拉公路隧道、瑞典某引水隧洞，我国的秦岭隧道、天生桥引水隧洞、锦平探洞、川藏公路二郎山公路隧道等。
 
　　隧道发生岩爆，不仅会对施工安全构成威胁，而且可能造成严重的超挖，增加工程造价甚至延误工期。并且随着我国的基础设施建设力度的加大，随着国内外的地下工程深部化发展趋势，隧道岩爆地质灾害则渐转严重。
 
　　2.隧道岩爆防治对策
 
　　在区域岩爆及岩爆多发地段，应以“利用自然因素为主，调整人工因素为辅”的主要指导策略，提出隧道岩爆防治从设计、施工、支护加固处理措施到质量管理的防治对策，以避免和减少隧道岩爆的发生。
 
　　（1）隧道设计的岩爆防治对策
 
　　隧址选择首先应考虑尽可能避开有岩爆倾向的主地应力区，实难避开时，则从隧道轴线和断面设计出发以达到防止岩爆的目的。
 
　　隧道轴线选择应使轴线方向与最大主应力方向平行，以改善洞室结构的受力条件。使洞室结构受力合理，围岩不产生拉应力，且隧道周边压应力的分布使切向压应力最小，不产生过大的应力集中。
 
　　（2）施工阶段岩爆防治措施
 
　　a.应多采用分步开挖，使围岩中释放弹性能的区域减小，有利于抑制岩爆和降低其程度。
 
　　b.优化爆破设计，减少周边孔间距，使不大于50cm，采用小药卷间隔装药，增加起爆雷管数以减少同段起爆药量，提高光爆效果，尽量减少诱发岩爆的因素。加强对开挖作业人员的培训，提高业务素质，使隧道开挖周边圆顺，减少局部的集中应力。
 
　　c.尽量以TBM替代钻爆开挖隧道，减小因施工对围岩的振动，从而减少了岩爆触发因素。
 
　　d.在岩爆强烈发生地带可采取应力释放措施。即在施工过程中，一边应力解除，一边掘进，在洞室未开挖之前使岩体原始应力得以释放，以减缓开挖后的围岩应力。其施工方法为：从掌子面起沿拱部周边向前方打超前斜孔，在孔底装药爆破形成一定厚度的人工破碎带，且洞壁保持一定厚度的完整岩层作为安全距离。对岩爆特别剧烈地段，喷水或钻孔注水促进围岩软化，缓释围岩应力，减少剧烈岩爆的危险性。
 
　　f.在施工过程中短进尺、多循环作业，及时支护，以尽量减少岩体暴露时间和面积，可防止或减少岩爆发生。岩爆地段在洞室开挖后，要尽快进行砼灌筑，采用早强砼，且衬砌拆模时间要适当延长。
 
　　g.一旦岩爆发生，应彻底停机、待避、补充工作面的观察，并记录岩爆，对工作面、边墙或拱顶进行仔细检查，并选取合理的支护加固措施。
 
　　h.加强初期支护，在施工中若发现有岩爆的预兆，则需采取喷锚网喷支护，网喷砼厚度视岩爆的等级确定。
 
　　i.设临时防护网，在掌子面及其附近岩爆地带加铁丝帷幕，以增加作业场所的安全，保护凿岩人员和机具。
 
　　g.加强监测监控量测，结合超前地质预报技术，用弹道地震仪对掌子面及掌子面前方15~20cm的地段进行监测，用地震波速推算岩石强度，并根据岩石强度及有关经验公式判定存在岩爆的可能。
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