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1、岩爆（西康铁路秦岭隧道）,2组曾强，汪广超，曹俊生，颜超，张文琪，齐磊，覃怀德，吴晗,编制依据,西康铁路秦岭隧道施工设计图西康铁路秦岭隧道地质铁路相关规定,工程概况,西康铁路是我国华北、西北地区连接西南地区的干线铁路，国家“九五”重点建设项目。1996年12月开工，2000年建成，为国家I级单线电气化铁路。是继京沪、京广、京九、京哈之后，中国第5条南北大通道。铁路正线长度267.49km。西康铁路是当时中国桥隧比例最高的铁路，其中着名的秦岭隧道全长18.46km，最大埋深1600m，隧道长度为当时国内第一位、世界第六位。该隧道位于陕西省长安县和柞水县交界处，在青岔车站与营盘车站之间，由两座基本
2、平行的单线隧道组成，两线间距为30m。其中I线隧道长18.452 km，线隧道长18.456 km，隧道两端高差155m。隧道于1995年1月18 日（先期）正式开工，1999年9月6日全部贯通，2000年8月18日随西康铁路一起开通运营,岩爆的形成原因,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，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时;2.围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小;3.埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带;4.地下水较少，岩体干燥;5.开挖断
3、面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带,岩爆的特点,1.岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，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，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。2.岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面13倍洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。3.岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，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。5.由于爆
4、破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。,岩爆的分类,高地应力是岩爆产生的能量来源。因此,新的岩爆类型分方案中,我们首先根据岩爆岩体高地应力的成因,将岩爆类型划分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类;然后依据具体应力条件,并结合岩爆特征等内容,再将岩爆划分成8个亚类。 (1)自重应力型(I): 与谭以安博士划分的 “垂直应力型”6 基本相同。该类岩爆主要发生在地壳中水平构造作用轻微,以重力作用为主,积累了大量弹性应变能的地区。因而这类岩爆主要受自重应力控制,多发生在一定埋深条件下,岩爆强度、发生次数等一般随埋深增大
5、而增加。根据具体应力条件 又可以分为以下两个亚类:-1:垂直应力v=h(为岩石容重,h为埋深),Hv一般小于0.5(hesketchmapofrockburstnearlamprophric veinscausedbythehighvariation-stressintheDonggualingoldmine 为水平应力);-2:vh,是vh,它是由于地壳急剧抬升,并经快速侵蚀夷平作用,使得原处于地下深处的岩层埋深变浅,而由于地层的粘弹效应,原岩应力来不及释放而残余下来,故造成异常高的垂直应力。 (2)构造应力型: 这类岩爆主要受构造应力控制,可以分为以下三个亚类:-1:岩爆主要发生在最大主应
6、力近于水平的高地应力区和地壳中构造应力较为集中的部位(如褶皱翼部等)6,在水平构造应力长期作用下,岩体内储存了足以导致岩爆的弹性应变能;一般Hv1.2,H与水平面夹角多小于20,重力和地形对该亚类岩爆影响不明显,因而无统一的岩爆临界深度。-2(断层错动引起的岩爆):当开挖靠近断层,特别是从断层底下通过时,工程开挖使作用于断层面上的正应力减小,从而使沿断层面的摩擦阻力降低,引起断层局部突然重新活动,形成岩爆,并常造成地震;该亚类岩爆一 般多发生在构造活动区埋深较大的地下工程中,破坏性大。-3:岩爆主要发生在距断裂构造(带)一定距离范围的局部构造应力增高区;它是由于断裂构造活动导致局部岩体发生松弛
7、现象,造成局部应力降低带,其应力则向断裂构造(带)两侧一定范围的围岩中转移,从而造成了该类局部构造应力增高区。 (3)变异应力型: 后期岩浆侵入体对围岩在垂直其接触面的方向上能造成很大的压应力,从而可以形成高变异应力区。图1清楚地说明了这个问题。它是云南冬瓜林金矿山一条运输坑道内发生岩爆的实际情况:一条侵位于石炭系灰岩内的喜山期煌斑岩脉在其接触面附近形成局部高变异应力区,当该运输坑道掘进过程中,在紧邻煌斑岩脉的洞壁上就发生了岩爆活动。 (4)综合应力型: 综合应力型系自重应力、构造应力和残余应力等联合作用的结果,彼此难以分清主次。这类岩爆总体上可以归纳为以下两个亚类:-1:主要发生在深山区、峡
8、谷两岸及谷底等形成的高地应力区,最大主应力与水平面夹角多介于2070之间;由于上述应力的作用方式、大小及其组合关系较为复杂,故该亚类岩爆破坏形式多种多样,岩爆强烈程度差异悬殊,产生岩爆的深度也相差甚大。-2:主要发生在综合应力作用条件下由岩性软硬条件所造成的局部应力集中区;当开挖至岩性软硬变化部位时,该亚类岩爆多发生在硬脆性夹层侧,究其成因系邻近软岩的这些硬脆性夹层由于前者应力调整而出现局部应力增高现象所致。,防治岩爆的施工方案及措施,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.在施工前，针
9、对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。2.在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。3.打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔，钻孔直径为
10、45mm，每循环可布置48个孔，深度510m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度13m不等。必要时，若预测到的地应力较高，可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现。4.在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。5.在开挖过程中采用短进尺、多循环，同时利用光面爆破技术，严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断面尽可能规则，减小局部应力集
11、中发生的可能性。在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2.5m以内。6.加强施工支护工作支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维或塑料纤维混凝土，再加设锚杆及钢筋网。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以防发生事故。7.对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。以降低岩爆的强度。8.在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工安全。,质量控制要点,1如设有平行导坑的隧道，则平导应掘进超前正洞一定距离，以了
12、解地质，分析可能发生的岩爆的地段，以便正洞施工达到相应地段时加强防卫，采取必要措施。 2使用光面爆破，并严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。 3可选用预先释放部分能量的方法，如松动爆破法、超前钻孔预爆法，或喷射高压水冲洗法，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆的发生。 4加强支护工作，支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁进行喷射砼，再加设锚杆及钢筋网。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露时间，减少岩爆发生和确保人身安全。,安全措施,（1）给施工人员配发钢盔、防弹背心；对主要施工设备安装防护棚架；掌 子面架设移动防护架，防止岩块飞出伤人，有效地保护人员及设备安全。 （2
13、）加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时及时躲避。组织专门人员全天候巡视警戒及监测。岩爆一般在爆破后2 h左右比较激烈，以后则趋于缓和，多数发生在050 m范围和掌子面处。从地质方面来看，岩爆发生的地段有其相似的地层条件和共性条件，使短距离的预报成为可能。听到围岩内部有沉闷的响声时，应尽快撤离人员及设备。特别是强烈岩爆地段，每次爆破循环后，作业人员及设备均应及时躲避一段时间，待岩爆基本平静后，立即洒水喷混凝土封闭岩面，以保证后序作业的进行。巡视、警戒人员要对岩爆段，特别是强烈岩爆段岩石的变化仔细观察，发现异常及时通知，撤离施工人员及设备，以保证安全。 （3）加强对施工人员岩爆知识教育。强化作业人员安全纪律教育以及岩爆常识、防护知识的学习；严格执行有关技术和安全操作规程；危险地段增设照明并设醒目标志,谢谢观赏,
