隧道岩爆

隧道岩爆

隧道岩爆是指發生在隧道施工過程中一種岩體破壞活動,其破壞特徵相對於隧道塌方是一種更加猛烈的岩體破壞過程,對人和設備傷害更大。

基本介紹

  • 中文名:隧道岩爆
  • 外文名:Tunnel rock-burst 
  • 研究領域:岩爆機理,岩爆監測與岩爆控制
現狀,研究成果,治理措施,

現狀

從行業上看,岩爆的研究主要經歷了礦山水電交通的發展過程,加拿大Falconbridge 鎳礦、印度Kolar 金礦、南非ERPM 礦、美國Idaho 的鉛鋅銀礦、日本關越隧道、挪威Heggura公路隧道、瑞典Vietas 水電站引水隧洞等均有岩爆發生。1996~2003 年期間,岩爆是南非金屬礦山造成致命事故的第二大來源。在我國,紅透山銅礦、玲瓏金礦、漁子溪一級水電站、天生橋二級電站、太平驛水電站、錦屏二級水電站、川藏公路二郎山隧道、秦嶺鐵路隧道、川藏鐵路等工程中均有岩爆發生。從施工方法上看,對岩爆的研究也由原來單一的鑽爆法,擴展到隧道掘進機(tunnel boringmachine,TBM)施工。隧道岩爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡,已成為岩石地下工程和岩石力學領域的世界性難題。
右圖是位於青藏高原的拉林鐵路巴玉隧道,13公里多的區段,94%都是岩爆區!
隧道岩爆
中鐵十二局集團承建的拉林鐵路巴玉隧道,位於青藏高原,地處亞歐板塊與印度洋板塊交匯地帶,地殼活動活躍,地層以花崗岩堅硬石為主,獨特的地質構造,使隧道岩體中聚集了很強的地應力,形成了重度岩爆。全長13037米的隧道正洞和8131米的平行導洞,岩爆地段占94%。
巴玉隧道岩爆發生的強度、頻率和形態多樣,單次最長持續時間達20餘小時,在國內外隧道施工史上均屬罕見,堪稱隧道岩爆博物館。由於岩爆出現的時間、位置、強度等均難預測,不僅給施工人員心理上造成畏難情緒,其對機械設備的損壞、工序的影響,不僅加大了施工成本,更降低了施工效率。

研究成果

隧道岩爆研究已經從狀態研究到孕育全過程的機制、監測預警與動態調控研究,隧道岩爆監測預警從定性發展到定量、智慧型化。隧道岩爆孕育機制是指其孕育過程相關的岩體破裂對應力學機制(張拉破裂,剪下破裂或混合破裂)的演化規律。
隧道岩爆機理經歷了室內試驗、現場觀察、數值模擬、地震監測、電鏡掃描等一系列的研究過程,現在科研人員逐步掌握了岩爆發生的孕育過程和發生條件。
隧道岩爆

治理措施

治理方式與方法主要有:
1)開挖爆破前,施工人員對岩面噴灑高壓水軟化圍岩,並在岩壁上開鑿釋放孔,在孔內注射高壓水,劈裂岩體或裝藥弱爆,破鬆動圍岩,提前釋放應力,降低岩體剛性,減小地應力爆發強度;
2)在爆破技術上,技術人員反覆最佳化爆破方案,採用“直眼掏槽”法,配合水壓爆破技術,先將液態水滲透到岩體裂隙,實現軟爆破,提高光面爆破效果的同時,減輕爆破應力對圍岩的擾動;
3)岩爆監測,通過微震監測技術觀察岩爆活動規律,岩爆發生前雖然並無明顯徵兆,但技術人員通過詳細觀察發現,一般岩爆發生時間主要集中在爆破後2-6小時。為此,他們主動出擊,偵測岩爆動態,對前方圍岩特性、岩爆發生情況做出有針對性的預測,指導作業施工。
隧道岩爆
4)合理的支護方式選擇,充分發揮柔性支護技術進而控制岩爆。

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