高埋深隧洞施工岩爆特征及防治措施探讨

２０１３年第４期　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｆ・ｌＪｄｉ　ｎｅ　Ｍａｔ材　ｅｒｉａｌｓ　・１４３・　第３９卷总第１７４期　２０１３年８月　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１１．２０１３．０４．０６６　高埋深隧洞施工岩爆特征及防治措施探讨　陈　佳　（中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆４００７００）　摘要：本文主要介绍锦屏二级水电站引水隧洞施工　中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。当　过程中出现岩爆的概况、特征以及防治措施。　岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，　关键词：引水隧洞；岩爆；特征；防治措施　破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩　中圈分类号：Ｕ４５６．３　文献标志码：Ｂ　石碎片从岩体中剥离、崩出。岩爆是高埋深、高地应力隧　文章编号：１６７２—４０１１（２０１３）０４—０１４３—０３　道施工中的一种多发地质灾害，往往造成开挖工作面的严　０前言　重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩　石力学领域的世界性难题。根据目前的研究，可将岩爆烈　岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体　度等级划分为轻微、中等、强烈、极强４级（见表１）。　裹１　岩爆烈度等级表　岩块形态特征　应力强度比　弹性应变能　烈度等级　岩爆　声响特征　影响深度／ｍ　０　％　，口Ｒ　指数Ｗｅｔ　对工程影响　轻微岩爆　噼啪声、撕裂声　＜Ｏ．５　薄片状、薄透镜体状　Ｏ．３一Ｏ．５　＜２．０　很小　中等岩爆　噼啪声、清脆的爆裂声　Ｏ．５～１．Ｏ　透镜状、棱板状　Ｏ．５～０．７　２．Ｏ～５．Ｏ　有一定的影响　强烈岩爆　强烈的爆裂及闷响声　１．Ｏ＾－２．０　棱板状、块状、板状　Ｏ．７～Ｏ．９　２．Ｏ～５．Ｏ　较大　极强岩爆　剧烈的闷响爆裂声　＞２．Ｏ　块状、板状或散体　＞０．９　＞５．０　很大　说明：　为岩石单轴抗压强度，　月为围岩切向应力。　在埋深超过１　０００　ｍ洞段，以埋深２　０００～２　５００　ｍ洞段发生　１地质概况　岩爆次数最多，烈度等级最高。锦屏二级水电站引水隧洞　锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治洲木里、盐　埋深高、地应力大、岩石坚硬、岩体结构完整，开挖洞径　源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，工程枢　大，受上述地质、施工条件影响，引水隧洞施工中岩爆具　纽主要由首部低闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组　有以下特征：　成，电站采用４洞８机的布置形式，总装机容量４　８００　ＭＷ，　（１）埋深越大，岩爆发生的机率和烈度越大。岩爆多　单机容量６００　ＭＷ。其中４条引水隧洞轴线长度１６．６７　ｋｍ，　发生在边墙及起拱线位置，部分强烈岩爆为全断面发生。　一般埋深１　５００—２　０００　ｍ，最大埋深约为２　５２５　ｍ，其中东　岩爆发生洞段围岩多为片层状结构，且干燥无水。隧道与　端１’、３’引水隧洞采用刀盘直径１２．４　ｍ的ＴＢＭ掘进，东端　横通道交叉口等应力集中区为岩爆多发位置。　２　、４　引水隧洞采用钻爆法施工，洞挖直径１３　ｍ。　（２）岩爆的运动已松脱、剥落为主，在岩爆前并无明　引水隧洞地处高地应力地区，处于近东西向（ＮＷＷ—　显征兆，一般认为不会坍塌部位，也会突然发生岩石爆裂　ＳＥＥ）应力场控制之下，形成一系列近南北向展布的紧密　声响。另外，岩爆发生时间难以预测，有时石块随着爆裂　复式褶皱和高倾角的压性或压扭性走向断裂，并伴有ＮＷＷ　声响应声而下，伴有明显震感，此类属于即时性岩爆；另　向张性或张扭性结构面，扭曲、揉皱现象表现得比较明显。　一类为时滞性岩爆，即在掌子面及后方３００　ｍ范围内，时　工程区实测最大主应力４６　ＭＰａ，回归分析最大主应力　间持续数天甚至数月后仍可能发生，这种情况危险性大，　预计达７０　ＭＰａ。揭露的围岩主要为Ⅱ、Ⅲ类，分别占　发生突然，对人员和设备危害最大。东端２　引水隧洞２０１０　３７．５％和５３．５％，岩性主要为大理岩，岩石平均饱和单轴　年１季度发生岩爆滞后开挖时间统计见图１。　抗压强度６５～９０　ＭＰａ，围岩强度应力比大多小于２，实测　（３）岩爆与岩石的单轴抗压强度联系不太明显。引水　岩体岩爆倾向性指数Ｗｅｔ为１．３２～５．８，具备发生高地应力　隧洞岩石单轴抗压强度大多集中在６０～１１０　ＭＰａ之间，但　破坏的强度条件。施工过程中，岩爆洞段占总洞长的１／３　在单轴抗压强度６０　ＭＰａ左右的洞段，依然有岩爆发生。　左右。　（４）轻微和中等岩爆的破坏方式主要为层（片）状剥　２施工中岩爆概况及特征　落，呈薄片或板状，单层厚度１～１０　ｃｍ，破裂面大多平直；　强烈岩爆的破坏方式主要为弯曲折断和楔状爆裂，弯曲折　锦屏二级水电站引水隧洞施工过程中共计发生不同烈　断一般在临空面中部发生，破裂面中间较平直，在边缘部　度等级的岩爆数百次，据不完全统计，轻微岩爆所占比例　位呈参差阶梯状；极强岩爆的破坏极为剧烈，岩爆向围岩　为２３．１％，中等岩爆所占比例为５９．１％，强烈岩爆所占比　深处发展，大块岩石出现剧烈弹射震动剧烈。２０１０年２月　例为１７．２％，极强岩爆所占比例为０．６％。岩爆主要发生　４日，东端２　引水隧洞在ｋｌ１＋０２３　ｍ位置发生极强岩爆，　２０１３年第４期　Ｓｉｃｈｕａｎ　ＢｕｉＩ・ｌＪ之材　ｄｉｎｇ　Ｍａ￣Ｈａｂ　・１４５・　第３９卷总第１７４期　２０１３年８月　作业速度，很好的约束围岩变形，给予围岩变形柔性支持　伤人。　力。在岩爆洞段喷射纳米材料混凝土种类为ＣＦ３０纳米钢纤　维混凝土，喷层厚度１０～２０　ｅｍ。　４结束语　（４）钢筋网片。钢筋网片设计为　＠１５　ｘ　１５ｅｍ，是一　通过长时间研究、试验和总结，锦屏二级水电站引水　种柔性支护型式。在岩爆洞段围岩易形成应力集中的部位　隧洞项目形成了一套完整的岩爆防治综合措施。几年来的　及岩爆发生后形成塌坑的部位，采用挂设钢筋网片，并与　施工实践表明，由于采取了上述措施，岩爆造成的损失较　锚杆外露端焊接，随后喷设钢纤维混凝土，从而形成一层　前期类似项目施工期间明显减少，证明这些措施和成果是　壳体，可有效地重新分配地应力，减小岩爆强度。也在强　比较适应和有效的。　［ＩＤ：０００４９５］　岩爆地段挂设柔性钢丝网，柔性钢丝网具有重量轻、挂设　速度快等优点，挂设后可以增大钢纤维混凝土的喷射厚度，　参考文献：　对围岩起到较好的支撑和分散应力的效果。　［１］赵向东，陈波，姜福兴．微地震工程应用研究［Ｊ］．岩石力学　３．４人员及设备防护　与工程学报，２ｏｏ２（ｓ２）．　为最大限度保护人员及设备安全，在岩爆洞段施工时，　［２］谭以安．岩爆烈度分级问题［Ｊ］．地质评论，１９９２，３８（５）：１１２—　掌子面施工人员配发防弹背心、钢盔，全部使用机械钻孔，　１２０．　严禁使用人工钻孔；对主要施工设备安装防护棚架；掌子　［３］黄运飞．天生桥引水隧洞岩爆防治措施研究［Ｊ］．地下空间，　面挂设移动防护网或喷射５ｅｍ厚度混凝土，防止岩块飞出　１９８９（２）：５５—５８．　（上接第１３６页）　渗水多以大面积为主。前文两种防渗漏处理方案均不适用　结发现：应用化学灌浆法进行防渗漏处理的混凝土裂缝均　此情况，因此需要应用涂膜堵漏法对其进行防渗、以及防　具有一个普遍性的特点，即裂缝自身有一定的贯通性。而　漏处理，以保障混凝土运行的安全与可靠。　化学灌浆法应用于防渗漏处理的关键原理就在于：通过对　化学灌浆料的合理应用，在一定施压条件的作用之下，将　３结束语　化学灌浆料灌人混凝土表面裂缝内部，使裂缝内部能够形　在本文有关房屋建筑工程混凝土裂缝问题的分析过程　成相对密实的稳固状态，达到防止裂缝出现渗漏的目的。　当中，首先针对房屋建筑工程混凝土出现裂缝的主要原因　需要注意的是：在应用化学灌浆法进行防渗漏处理的过程　进行了分析与归纳，当中涉及到以下几个方面的问题：①　中，为了确保堵漏效果的可靠与有效，多需要采取化学灌　设计因素；②材料质量因素；③塑性收缩因素；④施工因　浆料与快速凝结水泥拌制水泥沙浆相互配合的使用方案。　紊；⑤使用因素。进而，就房屋建筑工程混凝土为避免出　在现阶段的技术条件支持下，比较常用的化学灌浆料包括　现裂缝问题，需要采取的防渗漏措施进行了说明与总结，　以下几种类型：①水溶性聚氨酯浆料当中又可将其分为　具体可划分为以下几个方面：①化学灌浆法；②嵌缝堵漏　ＬＷ　以及ＨＷ　这两类。其中，ＬＷ　水溶性聚氨酯浆料的黏　法；③涂膜堵漏法。笔者相信，通过各方工作人员的通力　结强度可达到１．７０　ＭＰａ，而Ｈｗ　水溶性聚氨酯浆料的黏结　合作，必定能够最大限度的杜绝在房屋建筑工程中，出现　强度则可达到２．７０　ＭＰａ；②低粘度环氧树脂浆料：此类浆　混凝土裂缝的问题，进而保障房屋建筑工程运行的安全、　料的黏结强度可达到５．１０　ＭＰａ。　可靠与稳定。　［ＩＤ：０００４８４］　（２）嵌缝堵漏法在房屋建筑工程混凝土防渗漏处理中　的应用。针对混凝土表面出现的渗水问题，需要采取的防　参考文献：　渗漏方案以嵌缝堵漏法为最优选方案，以此防止混凝土墙　［１］　石妍，王迎春，李家正，等．复合型水下混凝土裂缝高效修补　面所出现的水迹对房屋建筑的美观性、以及使用性能产生　材料试验研究［Ｊ］．人民长江，２０１１，４２（４）：８４—８７．　不良的影响。在处理过程中，应采取的流程为：首先，沿　［２］丛培江，顾冲时，王建，等．熵理论在分析混凝土裂缝扩展过　混凝土表面出现裂缝渗水的缝隙进行开槽，开槽槽体以Ｖ　程中的应用探讨［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０ｏ８，１６（１）：　字型为主。并对槽体内的碴子予以剔除，并用水冲洗；其　５Ｏ一５６．　次，需要在裂缝表面均匀涂抹一层止水性能良好的基液材　［３］蒋正武，孙振平，王培铭，等．电化学沉积法修复钢筋混凝土裂　料。并且需要在基液材料干燥前，填充塑性止水材料：第　缝的机理［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，２００４，３２（１１）：１４７１　—三，需要对裂缝表面进行修理与保护，并通过喷水的方式，　１４７５．　保障混凝土裂缝表面的湿度；第四，将配置砂浆嵌入裂缝　［４］　杨芳，胡皎月，牛海勇，等．窟窿山水库溢洪道混凝土裂缝分　内部，抹平并进行养护（养护时问在３～５　ｄ以内）。　析与处理［Ｊ］．长江科学院院报，２ｏｏ９，２６（ｚ１）：９３—９５，９９．　［５］　马斌，姜仁贵，王春燕，等．南水北调中线渠道混凝土裂缝成　（３）涂膜堵漏法在房屋建筑工程混凝土防渗漏处理中　因分析及处理［Ｊ］．水利水电技术，２００９，４０（３）：３９—４２，　的应用。此种防渗漏处理方法的关键是：在对混凝土表面　［６］邓安仲，赵启林，李胜波，等．基于导电膜电阻拉一敏效应的混　出现裂缝渗漏问题的区域进行干燥处理的基础之上，于其　凝土裂缝分布式监测技术［Ｊ］．解放军理工大学学报：自然科　表面进行必要的防水作业。应用此种防渗漏处理方案的适　学版，２０１０，１ｌ（２）：１６２—１６７．　用情况多为：混凝土结构在施工阶段的振捣操作不够密实，