江边电站引水隧洞岩爆及其防治分析.pdf

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1、第41卷第17期人民长江Vo1．41．NO172010年9月YangtzeRiverSep．，2010文章编号：1001—4179(2010)17—0030—04江边电站引水隧洞岩爆及其防治分析郭进伟(中铁十四局集团有限公司，山东济南250014)摘要：在隧道及地下工程施工过程中，岩爆现象时有发生，岩爆产生的危害也较大。由于岩爆发生的时间、强度及具体位置的不确定性，给岩爆的预测及其防治带来了困难。从江边电站引水隧洞支洞岩爆状况入手，结合现场实测的地应力值和岩石单轴压缩变形试验，并通过对岩爆发生的力学机制及其预测的研究分析，提

2、出了防止岩爆发生的对策和安全措施，实现了工程高强度岩爆洞段的快速安全施工，为洞室开挖设计和岩爆监测预报提供了参考依据。关键词：岩爆；地应力；预测；防治；引水隧洞；江边水电站中图法分类号：TV732文献标志码：A岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开深大(最大埋深1678m)，地应力高，岩爆频繁，其中2挖完毕后，围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存号支洞与3号支洞之间引水隧洞总长约4295m，洞身于岩体中的弹性应变能突然释放，产生爆裂、松断面设计为平底马蹄形，洞高8．4nl，宽7．0m，洞轴线脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一

3、种动力失稳地质灾走向$44．5。E，岩体较完整，透水性较差。害。岩爆直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进1．2工程岩爆破坏特征度，同时岩爆还会造成超挖、初期支护失效，严重时还(1)据统计引水隧洞岩爆发生的时间一般在开挖可能诱发地震。本文结合江边电站引水隧洞1～3号爆破后2h内，最强烈岩爆一般发生在开挖爆破后5～岩爆洞段施工实例，研究了岩爆形成的力学机制，分析10h，频繁掉块持续时间一般为12～36h，少部分洞段并提出了岩爆防治措施及效果，为今后有关类似有岩在施工过后1个月仍有清脆声响。爆的工程提供参考。(2)1～3号引水

4、隧洞弱至中等岩爆的破坏方式1引水隧洞岩爆特征主要为层状、片状剥落及弯曲状爆裂，层状、片状剥落破裂面大多平直，岩爆经常性发生在开挖掌子面附近，1．1工程概况距掌子面20In以内占多数，偶尔也在距掌子面50～江边水电站是四川省甘孜州九龙县九龙河干流中100m处发生，爆裂岩石一般呈薄片或板状，岩爆时伴下游梯级开发的第5个梯级电站，也是该河段最后一随着清脆的崩裂声，石块呈片状崩落，少有石片弹射现级梯级电站，为引水式电站，电站装机容量330MW。象，石片厚度一般为5—20em，大小不等。闸址位于九龙河与踏卡河汇合口下游约800m处，厂

5、(3)强岩爆破坏方式主要为弯曲折断和楔状爆房位于雅砻江河湾处(九龙河与雅砻江汇合口下游约裂，弯曲鼓折在临空面中部发生折断。若岩爆部位有5km处)左岸，紧靠215省道。长约8．568km的引水节理，则经常沿节理面有大块崩落；有时局部有较沉闷隧洞连接闸坝与厂区枢纽。引水隧洞1～3号支洞洞声响，一段时间后有小片崩裂，随即有大块掉落，范围长4295m，单口掘进长度超过2km，通风困难；且埋逐渐扩大。岩爆大部分都发生在左右拱肩位置，尤其收稿日期：2010—03—24作者简介：郭进伟，男，高级工程师，主要从事水电工程设计与施工工作。E—

6、mail：fangtaolg@163．corn第l7期郭进伟：江边电站引水隧洞岩爆及其防治分析31右侧拱肩居多，且出现较多平行于洞壁的裂纹，有片状洞室转弯处的弯道内侧或洞室断面的角脚处，易发生剥落，根据工程物探检测，破裂深度在2Ill左右。岩爆。若以水平地应力为主，则顶、底板易发生岩爆；若以垂直地应力为主，则隧洞两侧墙易发生岩爆。2岩爆形成的力学机制分析(6)岩爆破裂面与主应力方向平行。2．1岩爆的发生机制(7)岩爆的强烈程度和表现形式不同，有的仅发生膨胀和剥离现象，有的大块岩片坠落，有的则表现为岩爆是高地应力的产物，其机制

7、一般描述为：岩爆岩片弹射出去。是具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体由于洞室开挖，径向约束卸除，环向应力骤然增加，能量进一步2．3现场地应力量测试验分析集中，在集中应力作用下，产生突发性胀剪脆性破坏。地下洞室开挖过程中发生的岩爆是一种开挖卸荷弹性应变能伴随声响和震动部分得以消耗。同时，剩破坏现象，通过对江边电站引水隧洞1～3号支洞段余能量转化的动能使围岩急剧动态失稳，造成岩片典型断面采用水压致裂法进行地应力量测，结果表(块)脱离母体，获得有效弹射，猛然向临空方向抛明：(弹)射。岩体产生了快速“劈裂一剪折一弹射”渐进(1)测点

8、(7+790)3号施工支洞上游引7+790破坏过程的动力破坏现象。因此岩内储备有足够(右边墙)最大主应力值为31．16MPa，方位角s31。E，的弹性应变能和引起破坏的应力集中部位是岩爆发生倾角为15。(近水平方向)；中间主应力值为27．59的两个主要条件。图1给出了当地下洞室开挖后，三M