岩爆顶板安全管理

岩爆顶板安全管理现场管理班：宋华2013年11月12日

岩爆是高应力地区地下硐室中围岩脆性破坏时应变能突然释放造成的一种动力失稳现象,属于高应力地区硐室开挖中常见的一种地质问题。

通过岩爆室内实验资料分析，岩爆是高能量岩体在开挖形成的临空条件下能量突然释放的地球物理现象。由于地下采掘，使原有的地应力平衡被打破,不仅地应力将重新分布，而且往往造成局部围岩应力跃升及能量进一步集中，并可能导致围岩变形局部化现象,诱发岩石中的微破裂，使围岩由静态平衡向动态失稳发展，释放大量弹性能，形成岩爆。岩爆的定义岩爆产生的条件：1、近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能；

2、围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小；

3、具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m；

4、无地下水，岩体干燥；

5、开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。6、在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆。隧道内岩爆的特点：1、在未发生前，并无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。

2、岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的2～3小时，24小时内最为明显，延续时间一般1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。

隧道内岩爆的特点：

3、

岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，脱落面多与岩壁平行。

4、岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。依据岩爆发生的原因：断层滑动矿柱破坏应变型岩爆。根据岩爆发生的时间：瞬时岩爆滞后岩爆两者的形成机理有所不同：

瞬时岩爆的最大应力水平远远大于岩体强度，当开挖形成临空面侧限压力解除时，应力不能及时调整，切向应力来不及增加的情况下发生了岩爆的现象。

滞后岩爆的最大应力水平接近于岩体强度，当开挖形成临空面侧限压力解除时，应力能够调整，切向应力迅速增加的情况下发生了岩爆的现象。岩爆的分类

无论是瞬时岩爆，还是滞后岩爆，都要经历岩爆应力演化过程和岩爆板裂结构演化过程。岩爆应力演化过程

岩爆板裂结构演化过程

瞬时岩爆的应力路径

瞬时岩爆和滞后岩爆的应力路径差异滞后岩爆的应力路径瞬时岩爆和滞后岩爆的应力路径差异

岩石剥落是一种可以在开挖面附近显著看到的岩石渐进破坏过程，包括延伸或张拉破坏（裂纹扩展图a）以及剪切破坏过程（明显沿着既存弱结构面b）。剥落破坏可能是逐步发展，也可能以应变型岩爆的方式突然出现。延伸型剥离

沿弱面剪切破坏

片麻岩中应力导致的破坏岩石剥落和岩石碎胀

岩体碎胀是由于大块或中等块度节理岩体破坏而导致的体积增长过程。由于侧向收缩，岩体破碎成块状并沿径向朝洞内移动。这种情况会大大增加支护的变形量。如果没有支护的话，碎胀系数可以达到35%。而如果设置适当的支护体系，碎胀系数可以降低到5-10%。岩爆弹射现象岩爆从洞壁弹射出的岩块及靠近岩爆裂面残留下来的断块多为棱块状、透镜状、磷片状、片状,少数为板状。经过长期研究，人们发现岩爆一般仅发生于坚硬的脆性岩石中，隧道横断面上的应力分量的和(σ1+σ3)的量级一般较高。有研究者指出，应力接近岩体强度的高储能体的存在，是岩爆产生的内因，某些附加荷载的触发是其产生的外因。目前被广泛采用的岩爆预测判据：切应力(σθ)与单轴抗压强度(σc

)之比，强调的主要是“荷载接近强度”，这被称为岩爆发生机制的静荷载理论。岩爆发生机制岩爆的烈度分级岩爆的烈度分级

从小的岩块剥落到严重的破碎岩体剥离，围岩破坏在剧烈程度或严重程度上有所不同。岩爆破坏的动力特性意味着在破坏过程中存在着潜在的有可能导致已支护和未支护洞室严重破坏或完全垮塌的能量释放。Kaiseretal.(1996)

采用破坏深度(DepthofFailure)和沿巷道周界的侧向破坏长度定义岩爆的严重程度。岩爆的烈度分级岩爆的烈度分级轻度的中等的严重的岩体强度岩体结构岩性工程断面尺寸效应、形状效应开挖方式与开挖速度支护类型与施工质量岩爆影响因素地应力条件，包括重力、构造应力、工程扰动应力等岩爆的预测一、地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌，对该区的地形情况有一个总体的认识，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区，另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。依据地质理论，在地壳运动的活动区有较高的地应力，在地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强的地区，自重应力也较大。

岩爆的预测二、AE法（声发射法）

AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果，通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测，该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N，它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。这种预报方法是最直接的，也是最有效的。

岩爆的预测

三、钻屑法（岩芯饼化法）这种方法是通过对岩石钻孔进行，可在进行超前预报钻孔的同时，对钻出的岩屑和取出的岩芯进行分析；对强度较低的岩石，根据钻出岩屑体积大小与理论钻孔体积大小的比值来判断岩爆趋势。在钻孔过程中有时还可以获得如爆裂声、磨察声和卡钻现象等辅助信息来判断岩爆发生的可能性。

岩爆的预测

四、地温法采用红外线测温仪，若地温接近正常埋深地温，说明地下水渗流弱，围岩干燥无水，则产生岩爆的可能性较大。以上几种方法在实际施工过程中要综合应用，相辅相成互相印证，方能对岩爆的发生进行准确的预报。针对隧道的地质特征，在施工中可能出现岩爆的地段应采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用以下技术措施：1、改善岩爆条件:采用超前径向钻孔减压。在产生岩爆位，打风钻孔或放小炮震裂，并可同时在风钻孔内灌水，人为造成应力扩敬，改变应力集中状态。2、改善岩爆发生的爆破振动诱因:在岩爆易发生洞段，采用短进尺，多循环的开挖方式，控制一次爆破用药量，有利于应力的逐步释放，减轻爆破展动对围岩极限应力状态的破坏。岩爆的防治3、加强支护:对需要永久衬砌的地段，岩爆部位可增设锚杆，同时挂网喷混凝土;对不需要永久衬砌的地段，采用临时钢木排架支护，听到爆裂声，立即进行支护。4、加强检查清理力度:对岩爆作业面，在作业的过程中要加强检查清