锦屏超大断面隧道钻爆法穿越强岩爆洞段施工技术探析

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1、锦屏超大断面隧道钻爆法穿越强岩爆洞段施工技术探析　　摘要：锦屏二级水电站辅引3#施工支洞施工具有较多的特殊性。地质条件复杂，超高渗透压力超大流量突发涌水，反坡施工等特别是其施工中的强岩爆问题，为锦屏二级水电站辅引3#施工支洞施工带来了极大的困难，需要研究一套行之有效的钻爆法穿越强岩爆洞段的施工成套施工技术，确保3#施工支洞顺利掘进，确保世界上规模最大水工隧洞工程顺利完工。因此，对论文的研究具有极为重要的理论意义以及实践指导价值。关键词：隧洞工程强岩爆钻爆法施工技术中图分类号：TV543文献标识码：A文章

2、编号：岩爆是高应力硬脆岩体中常见的一种岩石破坏现象。之所以在地下结构工程施工中会发生岩爆，其主要原因为在具高蓄能特性的硬脆性岩体中积蓄的应变能突然释放，致使岩体断裂破坏。依据断裂力学研究结果，当决定于岩体中裂纹尺寸参数及应力状态的应力强度因子大于或等于岩体的断裂韧性时，便产生快速的断裂破坏或不稳定扩张，产生岩爆。13地下洞室岩爆常以片状剥落的形式出现，形成葱皮状结构。产生岩爆需要一定的应力条件及岩体结构和性质条件。通常多为完整的整体块状结构及厚层状结构，岩石硬脆，单轴抗压强度在1500kg/cm2以上，

3、声波速度大于6000m/s，且只有当岩体初始应力场的最大主应力与岩块的单轴抗压强度之比值大于0.15~0.2的高应力条件下才可能发生。洞室的轴向布置即与初始应力场的最大主应力的关系及洞室的断面形状亦是显著地影响着岩爆，洞轴与最大主应力垂直且洞室具非平滑轮廓时容易产生岩爆，因为这时洞壁围岩的应力集中最严重，洞壁的超欠挖亦恶化了围岩的应力集中程度，使岩爆更容易发生。论文以在建的锦屏二级引水隧洞工程为依托，对其3#引水隧洞穿越强岩爆洞段隧洞的施工进行了详细介绍，为同类工程的设计和施工提供了指导和参考。1.工程

4、概况及施工特点1.1工程概况锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾上，利用雅砻江150公里锦屏大河湾的天然落差，截弯取直开挖隧洞引水发电，为世界上目前规模最大水工隧洞工程。锦屏二级水电站工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成。其引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约16.67km，中心距60m。引水隧洞洞群沿线上覆岩体最大埋深约为2525m，具有地质条件复杂、埋深大、洞线长、洞径大的特点。13辅引3#支洞是

5、在锦屏电站工程A辅助洞（AK6+950里程）增设的施工辅助洞，为解决引水隧洞主体工程的施工通道和排水问题。辅引3#施工支洞是连接AB辅助洞与施工排水洞、4#、3#、2#、1#引水隧洞工程施工的一条重要施工支洞，见图1-1。图1.辅引3#施工支洞平面图1.2施工特点辅引3#支洞作为主体引水隧洞工程的一部分，除了具有地质条件复杂、埋深大、洞径大、施工难度高及工期较紧张等特点外，本身还具有独头掘进长，渗压涌水大，超长反坡施工等特点。特别是隧洞施工中的岩爆现象。锦屏隧洞群沿线上覆岩体一般埋深1500~2000m

6、，最大埋深约为2525m，地处西南高地应力区，据最新的三维初始地应力场反演回归分析成果，隧洞线高程的最大和最小主应力值分别为70.1MPa和30.1MPa，以自重应力为主。长探洞和辅助洞内出现的岩爆等级以轻微~中等为主，局部出现强烈岩爆，可预测开挖将产生岩爆，其强烈程度以轻微~中等岩爆为主，部分地段将发生强烈~极强岩爆。2.高地应力特长独头隧洞岩爆防治技术2.1岩爆判别准则岩爆具有一下明显的特征：(1)13当围岩应力与单轴抗压强度的比值较小时可能出现岩爆。(2)岩爆多发生在新鲜、完整及坚硬的岩石中，在爆

7、裂面上，一般肉眼观察不到明显的裂隙。(3)岩爆一般发生在洞室开挖后数小时或数天内，也有持续一至几个月后逐渐减弱或停止的。一般而言，比较剧烈的岩爆多发生在开挖后数小时内。因此，围岩应力是导致岩爆发生的外部条件，但不是充分条件。因为岩石的结构和构造不同，变形特性也不相同，所以在相同应力条件下，围岩发生岩爆与否，尚取决于岩体的变形特性，这可以用岩石弹性能量指数（WET）表示。当对岩石试件加载时，外力所作的功（W）等于：（1）所谓弹性能量指数是指加载到0.70~0.80σc时，再卸载到0.05σc，这时卸载释放

8、出的弹性应变能（E2）与耗散的应变能（E1）之比，则有：（2）根据内外大量的实测成果及统计分析，建议对新鲜、完整及坚硬的围岩，采用下列判别式预测岩爆。(3)式中：系数根据围岩切向应力和洞轴线方向应力之比而定，即值。13如果围岩裂隙发育、岩体破碎、强度较低时，其破坏机制有所改变，这时结构面起控制作用，局部围岩可能沿裂隙、节理或其它软弱面发生剪切或劈裂，其破坏形态为坍落、滑移或其它非弹射形式的破坏。如碧口水电站为千枚岩，单轴抗压强度12MPa，