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1、高地应力岩爆监测与预防,内容,岩爆的定义深埋隧洞围岩破坏方式与发生条件微震与岩爆岩爆预警方法岩爆控制与处理方法,岩爆 (rockburst) 是地下工程开挖过程中在高地应力条件下，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。,岩爆的定义,岩爆的定义,发生岩爆的过程中往往伴随着开挖空间的大应变、大位移以及岩层碎块从母岩中的高速脱离，向开采空间抛出，抛出的岩体质量从数吨到数千吨不等。,岩爆是如何产生的,破裂声和震动现象,断裂滑动的
2、冲击破坏,岩爆的几种模式,岩石弹射,岩石冒落,岩石鼓胀,岩爆烈度分级,微震与岩爆-因果与时空关系,学术定义微震是岩石破裂时动力波在围岩中传播时引起的震动现象岩爆是微震导致的围岩破坏2. 工程意义围岩破坏和微震是原因，岩爆是后果决定了岩爆预警的依据 理解围岩破裂决定了控制思想和策略：破坏源和破坏位置可以不同，标本兼治降低能量水平（较深部位）提供抗震能力（浅表围岩）,微震位置,微震的表现、监测和描述,表现围岩破裂：爆破后完整数小时后破裂声响：围岩破裂能量释放的表现方式之一震动：相对较强的微震可以导致有感震动现象2. 监测与描述描述方式：里氏震级微震监测系统提供商多用途综合系统： ASC矿山行业：
3、ESG、ISS,微震的原因、条件与描述,原因局部应力或能量水平过高，导致围岩突然破坏条件（导致围岩局部应力过高的条件）埋深：几百米至2000m岩体质量：I 类和II 类围岩地质构造：褶皱、断层附近3. 描述围岩破坏和微震是原因，岩爆是后果决定控制策略 降低能量水平和提高抗震能力,隧洞侧壁岩石剥落,岩爆预警方法,经验方法中长期预警：根据岩爆发生条件的认识和研究成果短期预警： 根据岩爆发生条件和前兆的经验总结具有一般规律， 同时存在特殊性监测方法（微震监测系统）工程布置合理性，支护合理性、支护强度、支护质量开挖洞泾、端面形态和顺序掘金方法：TBM掘进的多次岩爆和滞后岩爆问题,隧洞岩爆特点,未发生前
4、并无明显征兆，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，有时暂不坠下岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面附近，个别的也有距新开外掌子面较远，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2h-3h， 24h内最为明显岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多重达几十吨。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，处于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以外一定距离产生，
5、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,岩爆在时空上的特征及规律-实例,岩爆次数与开挖时间关系图,岩爆次数与距掌子面距离关系图,隧洞施工过程中的短期经验预测法,岩石越新鲜，完整和干燥，岩性越脆弱，岩爆发生的可能性越大，虽即岩体为整体结果，类整理结构，块状结构，干燥无水地段的洞室易发生岩爆断层，节理发育附近的完整岩体部位，易发生岩爆。复杂的地址构造带容易发生岩爆，如向斜、背斜、褶曲、岩脉、断层以及岩层的突变、岩相发生变化附近等等钻孔过程中，岩体有隆隆爆裂声，摩擦声和卡钻现象，易发生岩爆。超前钻孔出现饼化现象的地段，岩爆的危险性很大抗压强度越大，发生岩爆的可能性越大听到岩石劈裂的响声
6、，随后看到岩块掉块现象，可能即将发生岩爆岩壁发现有明显的挤压、外鼓现象部位，可能即将发生岩爆,岩爆防治措施,改善围岩受力状态： （1）短进尺、弱爆破； （2）优化爆破方式； （3）应力解除； 改善围岩物理力学性质 （1）喷水软化围岩； （2）加固围岩； 调整施工作业待避,开挖扰动与岩爆的关系,秦岭隧道岩爆频率与掌子面距离的关系,工程实践表明，采用“短进尺、弱爆破”可以有效控制岩爆,改变爆破方式,炮眼布置（直眼掏槽和斜眼掏槽）周边眼的控制爆破（光面爆破、预裂爆破）,改变爆破方式,采用断进尺小爆破减小爆破扰动采用合理的开挖程序、炮孔布局和联网方式,瀑布沟电站实例,解除应力爆破设计方法,去应力爆破孔
7、布置设计（与应力场方位有关）,去应力爆破孔装药量设计：围岩质量、应力水平、需解除的体积,需要核实的问题：炸药类型与采购渠道,辅助洞的解除应力爆破孔设计,2倍进尺长度,解除应力爆破孔,装药段1.5 - 2m,剖面图,平面,粘土封堵段,9 12 解除应力爆破孔, 长度大约超过正常爆破孔3m, 端部1.5-2.0m段装药, 其余用粘土封堵, 先于正常爆破孔预裂.,支护中需要注意的几个环节的问题,支护的及时性：紧跟掌子面进行（目前开挖后不能立即进场的重要原因是没有足够的系统支护，不能对新开挖段围岩提供足够的约束）,采用机械化施工 岩爆地段的安全要求的重要保证,改善围岩的物理力学性质,在边墙及拱部成放射
8、状倾斜向岩体内部钻孔，并向孔内灌高压水，使岩体有一定程度软化，加快围岩内部的应力释放后再施工。主要用于中等以上的岩爆地段。通过向岩体注水，可以起到如下的效果：可以提前释放弹性应变能并将最大切向应力向围岩深部转移高压注水的楔劈作用可以软化、降低岩体的强度高压注水可产生新的张裂隙并使原有裂隙继续扩展，从而降低岩体储存弹性应变能的能力,大理岩水理作用特征曲线,辅助洞施工可以改善的环节,喷层不均匀、使用的钢筋网不标准增大垫板尺寸并注意与喷层/网的结合,近期,远期,锚固的机械化施工工业化生产的锚杆,高应力强岩爆区的加固实例,辅助洞岩爆的防治措施,控制爆破和锚喷支护，即短进尺控制爆破开挖，强烈与极强岩爆洞
9、段要求配合应力解除爆破开挖危石清理及高压水冲洗及时喷射混凝土覆盖岩面及时实施防岩爆锚固措施（包括快速锚杆、挂网、钢拱架等）后续实施系统锚杆支护,双江口岩爆预警系统构想,思路经验判断、数值分析、监测三者结合，互相补充微震监测联合供应商进行设备改造，适合双江口现场条件借助专家力量，在监测基础上进行预警，即具备现场报警能力3. 预警：施工承包商和科研机构联合通过培训强化现场技术人员的经验判断能力科研队伍提供中短期预警、以现场人员为主体的短期预警、结合监测结果的现场决策方式和工作流程,微震监测实例,某矿山1995-2005期间监测到的微震记录统计表,改变支护方式的结果,大量的微震事件并美欧造成事故监测
10、的有效性改变支护方式以后微震事件降低可控性,微震与围岩破坏程度实例统计,双江口岩爆控制策略,岩爆控制是一揽子方案，不是解决某个环节的问题即可，没有灵丹妙药,战略性方法：改变结构布置、开挖顺序、端面形态等方法先导洞开挖、台阶开挖、掌子面形态等注意双江口施工过程中人为创造的岩柱战术性方法钻爆法应力解除爆破支护：注意体现支护及时性、系统性、有效性的具体措施TBM支护：大部分情况下岩爆处理，注意对滞后岩爆的控制,结论与建议,岩爆多发生在整体结构、块状结构的围岩中，围岩较稳定、坚硬、干燥、裂隙不发育；岩爆的运动特征以松脱、剥离为主，少量弹射。预测在尚未揭露的辅助洞洞段仍将发生强烈极强岩爆。 岩爆活动可分为活跃期和持续期。岩爆活跃期：岩爆多发生在掌子面掘进后几小时内，以520小时内最为活跃，岩爆较多。大多数岩爆均发生在该段时间内，距掌子面约612m的范围内。岩爆持续期：掌子面推进数天乃至数月后发生强烈岩爆部位仍有可能再次剥落和发生岩爆。辅助洞岩爆防治，需根据不同的岩爆烈度级别，采取防、治结合的支护，包括改善围岩的物理力学性质、应力解除、调整作业、待避预防措施和喷、锚、格栅钢架等加固措施，必要时，考虑改变爆破方式和断面形式。 加强岩爆的预测预报工作。,
