秦岭隧道岩爆的研究_谷明成

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1、第21卷第9期岩石力学与工程学报21(9)：1324～13292002年9月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringSept.，2002秦岭隧道岩爆的研究谷明成何发亮陈成宗(中铁西南科学研究院成都610031)摘要概述了秦岭隧道岩爆的表现特征。通过对混合片麻岩变形破坏的试验研究，提出了岩爆发生的机理；分析了岩爆形成发生的条件，提出了岩爆发生的综合判据。关键词秦岭隧道，岩爆，岩石变形，机理，综合判据分类号U45，TD324文献标识码A文章编号1000-691

2、5(2002)09-1324-06开挖过程中，43段累计长度约1900m处发生了岩1前言爆，其中有33段长度在4m以上，最长一段由4段不同程度的岩爆段连续组成，长达600m，有10段在高地应力区的岩体中，积聚着很高的弹性应长度在3m以下的岩爆，证实了预测的结果。变能。在洞室开挖过程中，岩体内应力将重新分布并在洞壁附近产生应力集中，当集中的应力超过岩2秦岭隧道岩爆的表现特征体的破坏强度时，应变能就会突然释放，岩体发生猛烈的脆性失稳破坏，破坏后的岩块猛烈地弹射出根据现场调查，按岩爆的强烈程度可把岩爆分来，

3、多数情况还伴有人耳可闻的声响，这一岩体破为轻微、中等和强烈三级。轻微岩爆28段(总长为[1～6]坏形式就是岩爆。轻微岩爆的岩石呈片状剥落，1124m)，多呈小规模零星分布，以破裂剥落型为而强烈岩爆可将巨石猛烈抛出，甚至一次岩爆就能主；中等岩爆11段(总长为650m)，呈较大规模的抛出数以吨计的岩块和岩片，严重威胁着施工人员连续分布，为弹射型和破裂剥落型；强烈岩爆4段，和设备的安全。累计长度为120m，呈大规模连续分布，为强烈弹秦岭隧道为西安—安康铁路线上的重大控制工射型，并造成围岩大面积开裂失稳。程，

4、位于陕西省长安县与柞水县交界处，长18km，从发生岩爆的岩性看，所有43段岩爆中，除一近南北向穿越近东西向展布的秦岭山脉，隧道埋深段(10m)发生在混合花岗岩中，其余岩爆均发生在在500m以上的洞段达9km，最大埋深达1600m。混合片麻岩中。混合片麻岩片麻理构造较发育，节隧道通过的岩石为混合片麻岩和混合花岗岩，混合理不发育至较发育，岩体多呈巨块状整体结构或大岩具强度高、脆性大的特点。隧道通过地区地处秦块状砌体结构，几乎所有岩爆段的岩体都呈干燥无岭褶皱断裂带的中部，为一经历了多期构造运动的水状态。复杂

5、构造带。区内断层发育，洞身通过段的区域性从岩爆段的垂直埋深看，最大埋深为1615m，大断层就有3条，次一级断层有10条。受断裂构造最小埋深仅50m，但4段强烈岩爆深埋都在900m的影响，区内发育一系列长大节理和节理密集带。以上，轻微和中等岩爆可发生在任何埋深。岩爆在勘测和施工阶段的地应力测试显示，隧道区为高地隧道断面上主要分布在两侧拱部，个别段发生在两应力区，最大主应力方向为近南北向。侧边墙，4段强烈岩爆发生在整个断面。由于隧道区内岩石坚硬，性脆，地应力高，地爆落的岩块有薄片状、透镜体状、板状和块状，

6、下水少，勘测设计阶段预测在埋深1000m左右的大小差别很大，小至数厘米，大至几米。轻微岩爆Ⅴ，Ⅵ类围岩洞段可能发生较严重的岩爆。在隧道的爆块以薄片状居多，中等岩爆多为片状和透镜状2001年10月12日收到初稿，2001年11月4日收到修改稿。作者谷明成简介：男，39岁，1984年毕业于西南交通大学，现为副研究员，主要从事工程地质方面的研究工作。第21卷第9期谷明成等.秦岭隧道岩爆的研究•1325•爆块，大小不等，最大块长2m，在强烈岩爆中，根据应力-应变全过程曲线的特征，把混合片麻各种形状的爆块均有，

7、最大爆块长3.4m。轻微岩岩的受压变形破坏过程划分为5个阶段，即裂隙闭爆爆坑不明显，中等和强烈岩爆留下相当明显的岩合阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段、强度爆坑。对于纵向延伸较短的岩爆段，岩爆坑常呈“锅破坏阶段和残余变形阶段。底状”，对于纵向延伸较长的岩爆段，岩爆坑断面(1)裂隙闭合阶段多呈三角形、弧形或梯形的长槽状，长度几米至数岩石经历了不同地质年代的地应力作用，内应十米，最宽4m，最深2m。岩爆坑边缘多为阶梯力不仅造成了各种宏观的地质界面，而且形成了矿面，其中一组破裂面与开挖洞壁基本平行，与洞壁

8、物颗粒间的微裂隙。对岩石试件加载时，微裂隙会夹角为0°～5°，表现为明显的张性破裂；另一组与逐渐闭合，在应力-应变曲线上表现为曲线斜率逐渐洞壁斜交，与洞壁夹角为20°～25°，表现为张剪破增大，曲线略向下凹。在裂隙闭合阶段，随着应力裂。前一组爆裂面以沿片麻理形成的新鲜破裂面为的增大，轴向变形逐渐增大，环向变形几乎没有变主，少数迁就原生裂隙面，后一组爆裂面多为新鲜化，也没有明显的声发射产生。破裂面。岩爆块断面电镜扫描分析表明，岩爆破裂(2)弹性变形阶段面以