岩爆发生规律及防治措施

岩爆发生的规律：岩爆发生在质地坚硬、强度高、干燥无水、高应力区的脆性岩体中。在隧 道开挖形成的新临空面附近。初始应力由原来的三向状态转变为两向应力 状态，并在开挖壁上局部应力集中，若壁面集中的最大切向应力达到某一 临界应力时，岩爆灾害才会发生。因此，可以说工程施工是岩爆发生的诱 发条件。不同的开挖方法，造成的壁面局部应力集中的程度和部位不同， 所以不同的岩爆特征及危害程度也是不同的。岩爆发生有以下几个规律：1、岩爆最强部位是距掌子面 1-3B（B 为硐径）。发生岩爆要比开挖落后， 岩爆发生时，就发出“啪-啪-”的或撕裂的声音，随后是片状岩块爆落下来 并有不同程度的弹射，弹射距离与岩爆等级有关，从1-2M甚至超过20M, 岩爆岩块多呈片状、透镜状、棱块状，少数为板状，块体大小一般为，宽 ，厚 ，大的岩块可长达 ，宽，厚 。2、岩爆发生一般分期发生，其特点分别为：岩爆严重期。暴裂后2-4 小时， 开始在掌子面岩爆发生频繁，经常有薄片状、透镜状、的岩块清脆的剥落 声，若岩性致密时，会出现闷雷声，这种现象4 小时至开挖后一周内出现 延缓期：一个星期至八个星期为延缓期。岩爆不定期发生，没有规律可循 这个时期对隧道的影响很大，防不胜防，经常发生掉块坍方向现象，所以 把这段时间称为破坏期。稳定期：八个月至一年之后为稳定期，但是在稳定期期间，一旦有扰动， 仍有可能发生岩爆。3、通过对岩爆坑的察看可知，岩爆爆裂面整体呈阶梯状V形断面，爆裂面以新鲜破裂面为主，少数迁就原生节理面，破裂面主要沿两个方向发生， 一组破裂面与开挖洞壁面平行，破裂角05 度，另一组破裂角与洞壁斜交， 夹角为 2025 度，在新鲜的破裂面上可见定向排列的破裂纹，他与隧道切 向应力方向大致平行。4、通过对有些隧道岩爆的岩体破坏特征与室内试件受压时的破坏特征对比 分析表明，岩爆破坏特征与室内有端面约束的轴向变形或荷载控制下岩石 试件受压破坏特征十分相似。因此，硬脆岩石中的岩爆属于劈裂（或涨裂）。 其形成发生过程为逐渐破坏过程，其过程分为三个阶段。（1）、劈裂成板阶段：储存有较高弹性应变能的脆性岩体，由于隧道开挖使初始应力场发生重分布，形成二次应力场。此时在开挖工作面附近由于原来的三向应力状态转变为二向应力状态。距开挖工作面后方约一倍洞径外的应力集中系数最大，理论分析认为，洞壁附近的最大应力可达36 16 ，出现在洞壁与6 方向相切处，使洞壁附近的岩体受压，导致垂直洞壁31方向上张应力作用，使岩体在平行最大切向应力方向产生劈裂，随应力增大，不断扩大，相互贯通，并在洞壁以里一定深度形成板状劈裂。板面平直，无明显擦痕，劈裂成板阶段，围岩消耗一部分弹性能，在初始应力相对较小，围岩中弹性应变能储备较小的情况下，这种劈裂破坏不再继续发展，仅在劈裂剥落。此时因无弹射现象，仅属静态下的破坏，一般不属于 岩爆破坏，此时，则可将劈裂看作岩爆的初级破坏阶段。（2）、剪断成块阶段：切向应力在平行破裂板面方向上继续对其作用，产生切向压缩变形的同时，径向变形愈加明显，越靠近洞壁变形越大，板内 剪切应力随之增大，进而发生剪切破坏和张剪复合破坏，岩石板被剪断， 形成棱块状、透镜状及薄片状岩块（片），并具有明显的大量擦痕，在板周 边剪切微破裂，进一步贯通形成宏观V形断面和W形边界。（3）、块片弹射阶段：在“劈裂剪断”时，产生声响和震动，当形成 的岩块在切向应力作用下发生折断后，多数成片状或小块状，有的节理裂 隙也可呈大块状，这些岩块获得剩余的能量，则发展到岩爆的第三阶段， 即块片弹射阶段。主要表现是弹性能转变为动能，致使岩块以一定的速度 和散射角骤然向洞内临空方向弹射，形成岩爆灾害。岩爆的防治技术： 在对岩爆发生部位进行确认和对岩爆危害分析的基础上，有针对性地采取 如下防治措施：（1）、超前应力解除。超前应力解除是在S1方向离洞壁的安全距离K,采 用钻孔放炮的方法，形成一个厚度 S 的人工破碎带，以加速围岩应力释放 和达到洞室应力降低的目的。（ 2）、喷、注高压水降低岩体强度。在工作面和附近洞壁上打孔，也可利 用炮眼和锚杆孔，向岩层表面喷水和向深部岩体注水，使水渗到岩体的内 部空隙中，降低岩石强度和弹性模量，提高岩体塑性变形能力，减缓岩爆（ 3）、增设临时防护设施。在台车和其他设备上安装防护网、防护棚架， 在开挖工作面及附近的岩爆部分加挂铁丝网，防止岩爆出现时发生弹射和 岩块坠落伤人以及损坏机具设备。（ 4）、加强临时支护。采用喷混凝土、喷钢纤维混凝土、锚杆加密加长、 加挂钢筋网、增加钢支撑等措施，提高临时支护的效果，可明显提高岩爆 施工段的安全度。（5）、选择适当的锚杆类型及锚杆的长度和密度。锚杆的类型有多种，砂 浆锚杆、树脂锚杆、迈式锚杆、缝管式锚杆等。一般在岩爆区以选择摩擦 力、膨胀力大的锚杆为宜，锚杆的长度一般为1.53.5m,间距1.52.0m梅 花形布置，若开挖面发生岩爆，该处锚杆要适当加长，原则上为每循环进 尺的两倍，以便在每次循环后仍有一半的锚杆存留在岩体中，对开挖面继 续起着加固作用，密度一般 23 平方米一根。锚杆主要安装在可能岩爆和 岩爆频繁发生的部位，安装方向应尽量垂直洞壁面和开挖面。岩爆严重的 地段锚杆应加托板。锚杆安装时间：对于放炮后拱部即发生岩爆区段，应 在该循环打炮眼时，在开挖面边缘沿开挖方向打斜向上的超前锚杆，放炮 后再及时增加垂直洞壁的锚杆。（6）、格栅拱架与锚杆，锚喷网联合支护。在中等或强烈岩爆活动部位， 采用格栅拱架锚杆、锚喷网联合支护，可有效地提高结构的整体支护能力 同时施做网喷混凝土，可以防止碎块的弹射和坍落。（7）、改善施工方法。在岩爆严重地段，将全断面一次开挖改为分步开挖 可以使应力逐步释放，同时将深孔爆破改为浅孔爆破，减少装药量，可以 减少爆破对围岩的扰动，达到降低岩爆危害程度的目的。（8）、待避。在岩爆较为猛烈的时候，为防止飞石伤人，在安全距离躲避 一段时间，直到岩爆平静时位为止。可以通过岩爆监测确定待避时间。