资源描述：
《后岗隧道岩爆成因分析与防治措施》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、后岗隧道岩爆成因分析与防治措施丁祖德,吴从师,邓寄生(长沙理工大学,湖南长沙410076)摘要:该文利用目前的岩爆研究成果,结合后岗隧道岩爆实例,从地层岩性、地质构造、断面形式及开挖方法等方面对岩爆发生成因进行了较为详细的探讨,给出了具体的防治措施,并提出一些新的见解。关键词:岩爆;隧道开挖;岩爆防治措施由于岩爆直接威胁施工人员和设备的安全,影响施工进度,已引起工程界的普遍关注。近几十年来,国内外岩土界的专家、学者对岩爆机理、岩爆预测及岩爆防治诸方面进行了大量的研究,取得了一定的成果,徐林生、郭雷等对此作出了总结。本文利用目前的研究
2、成果,结合后岗隧道岩爆特征,对岩爆发生成因和防治措施进行探讨。后岗隧道为温州市绕城高速公路北线上一单向行车三车道双洞隧道,全长2360m。隧道穿越丘陵地区,峰高坡陡,坡面植被茂盛,陡坡处基岩裸露,隧道最大埋深230m。隧道设计断面为三心圆拱形,净高9.1m,净宽16.7m,为低扁平率大跨度隧道。隧道通过的岩石为凝灰熔岩,岩石强度高,性脆。在开挖施工过程中,共有4段累计长约30m发生了岩爆。薄状不规则片状岩块自洞壁弹出,其块度较小,约从几厘米到几十厘米,但声响大,接着从左边拱部位围岩表面剥落较大的岩块,最终形成倒三角凹坑,深度约为1m
3、。整个岩爆持续时间超过2h。所有岩爆段均发生在离掌子面1～2倍洞径范围内。2岩爆成因分析从能量观点来看,岩爆的发生是能量快速释放的结果。因此岩爆发生与否及其表现形式主要取决于岩体是否能储存足够大的能量,是否储存了高能量以及是否具有释放的能量和能量释放方式等。国内外研究结果表明,岩爆是由地层岩性、地质构造、水文条件、围岩应力状态、地下工程布置等多种因素综合作用的结果。国内部分隧道岩爆情况统计见表1。由表1的统计结果可以看出,岩爆的发生与岩性、初始应力和开挖有关,前二者是必要条件,后者是触发条件。2.1地层岩性由于硬岩的弹性模量、抗压强
4、度和抗剪强度都很高,在加载过程中,其应力-应变曲线近似为直线形,塑性变化很小,表现出很明显的弹性变形特性,在地质构造中能储存很高的弹性应变能,一旦应力状态发生剧变,如隧洞开挖,储备在硬岩中的应变能就会释放出来,从而可能引发岩爆。而软岩的弹性模量、抗压强度1后岗隧道岩爆表现特征根据现场调查,按照岩爆的强烈程度并参考文献[3]的RMS分级方案,把后岗隧道岩爆分为轻微和中等岩爆。其中轻微岩爆3处,中等岩爆1处。所有轻微岩爆处均有明显噼啪声和撕裂声,为零星间断爆裂,有少量岩石破裂剥落,剥落岩块呈薄片状,断口呈新鲜的贝壳状,并有烘干式光泽。轻
5、微岩爆主要发生在拱肩部和边墙,影响深度较小。中等岩爆发生在爆破开挖后30min左右,围岩发出炸裂声响,同时有中厚边收稿日期:2007-05-13基金项目:浙江省交通厅科技计划项目(编号:2005H003)作者简介:丁祖德,男,硕士研究生.E-mail:wucosh@163.com1期后岗隧道岩爆成因分析与防治措施157表1国内部分隧道岩爆情况统计隧道名称埋深/m地层岩性地质构造断面形式二郎山隧道秦岭隧道太平驿隧道通渝隧道苍岭隧道后岗隧道270～57050～1615200～600300～105050～768180～230砂岩,硬脆,岩
6、体完整性较好混合片麻岩及角闪长岩,岩石硬脆单斜地层和11条断层,地质条件复杂秦岭褶皱断裂带中部,区内断层发育单心圆三心圆曲墙花岗岩及闪长岩,岩体完整,质硬龙门山断裂带,茂注断裂与映秀断裂围限内圆形结构灰岩,岩坚硬呈中厚整体或大块状凝灰岩,岩体较完整,岩质坚硬凝灰岩,岩石致密坚硬,完整性好构造复杂,穿越八台山-大宁厂褶皱大断裂构成的四边形区域内,断层发育构造简单曲墙半圆拱直墙拱形三心圆拱形注:上表所指均针对岩爆段,且均为钻爆法施工和c、φ值都较低,在加载过程中,其应力-应变曲线为非直线形,且包含有较大的塑性变形,因此与硬岩相反,在地质
7、构造过程中储备的弹性应变能低,在此类岩体中发生岩爆的机率很小。表1所列举的岩爆均发生在硬岩中,且岩体完整性均较好。后岗隧道岩爆段围岩为致密坚硬、完整性较好的熔结凝灰岩。呈块状镶嵌结构-大块状砌体结构,局部有少量结构面或贯通性微张节理,节理发育中等,3～5条/m。风化程度低,为微风化岩体。该熔结凝灰岩单轴饱和抗压强度为100.4MPa,岩体完整性系数Kv=0.59～0.77。该段地下水类型为基岩裂隙水,水量贫乏。据现场观察,岩爆发生时岩石表面干燥,具有烘干似光泽。对后岗隧道开挖过程有限元分析表明,该中等岩爆段典型断面最大切向应力为26
8、.3MPa,根据目前国内外学者较为常用的Russenes判据,并综合考虑岩体的完整性,结合实际在计算中取单轴抗压强度为85MPa。得出σθ/σc=0.31,Kv>0.55,其中,σθ为断面洞壁切向应力,σc为岩石单轴抗压强度。综合评定
