乌鞘岭特长隧道最大埋深在1040m,岭脊为坚硬的闪长岩,区内断裂构造发育,第四系以来多有活动,应力有所释放,从地应力测试结果看,实测地应力值最高达32Mpa以上,以水平应力为主,另外在F4-F7之间隧道洞身需通过较长段落的闪长岩、安山岩、岩质坚硬,性脆,贫水,且埋深大,地应力值较,高,施工中闪长岩、安山岩极易出现岩爆,应加强预测预报,并做好防护。
地下洞室中处在一定原始地应力条件下的围岩,在洞室开挖过程中,因开挖卸荷引起周边应力分异,造成岩石内部破裂和弹性应变能的释放引起的突然脆性爆裂,称之为岩爆。
国内外岩爆烈度分级方案
方案提出者 | 岩爆烈度分级及主要依据 | |||||||
G.布霍依诺(西德,1981) | 轻微损害
不造成生产中断 |
中等损害
支架部分损坏 |
严重损坏
工程被毁 |
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拉森斯
(Russenes B.F, 挪威,1974) |
0级:无岩爆
1级:轻微岩爆岩石有松脱、破裂,声响微弱 |
2级:中等岩爆
岩石有不容忽视的片落、松脱,有随时间发展趋势,有发自岩石内部的强烈炸裂声 |
3级:严重岩爆爆破之后,顶板、两帮岩石即严重崩落,底板隆起,周边大量超挖和变形,可听到发射子弹、炮弹的强烈声响 | |||||
谭以安(1988) | 弱岩爆(Ⅰ):
劈裂成板,剪断脱离母体,产生射落;洞壁表面轻微破坏,不损坏机械设备;可听到噼啪声响 |
中等岩爆(Ⅱ):
“劈裂-剪断-弹射”重复交替发生,向洞壁内部发展,形成V形三角坑,洞壁有较大范围破坏;对生产威胁不大,个别情况下损坏设备;有似子弹射击声 |
强裂岩爆(Ⅲ)
“劈裂-剪断-弹射”急速发生,并急剧向深处扩展;几乎全断面破坏,生产中断;优似炮声巨响 |
极强岩爆(Ⅳ):
方式同左,持续时间长,震动强烈,有似闷雷强烈声响,人财损失严重,生产停顿 |
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铁道部第二勘测设计院(1996) | 弱岩爆 | 中等岩爆 | 强岩爆 | |||||
交通部第一公路勘测设计院
(1996) |
微弱岩爆(一级)
岩石个别松脱和破裂,有微弱声响 |
中等岩爆(二级)
有相当数量的岩片弹射和松脱,洞内周边岩体变形,有随时间发展趋势,有的岩体有较强烈的爆裂活动 |
剧烈岩爆(三级)
顶板、侧壁围岩发生下严重岩片弹射,甚至响声如炮弹爆炸;底板隆起,洞壁周边变形严重,可引起洞室坍塌 |
岩爆级别 | 改善围岩物性、应力条件 | 初期支护 | 二次衬砌混凝土厚度 |
Ⅰ级( 轻微岩爆) | 一般进尺控制在1.5-2m,尽可能全断面开挖,一次成形,以减少围岩应力平衡状态的破坏,控制光爆效果,以减少围岩应力集中;在掌子面的洞壁经常洒水,必要时采用超前钻孔应力解除方法。 | 分步循环作业,喷10-15cm 厚C20混凝土;Ф22砂浆锚杆,长2-2.5m,间距150-200cm,梅花型布置,加垫板;Ф8钢筋网,网格20cm×20cm | 35cm |
Ⅱ级(中等岩爆) | 分三个循环作业,喷15cm 厚C20混凝土;Ф22砂浆锚杆,长2.5-3m,间距100-150cm,梅花型布置,加垫板; Ф8钢筋网,网格20cm×20cm,必要时设格栅钢拱架支撑 | 35cm | |
Ⅲ级( 强烈岩爆) | 一般进尺控制在1.5m以内;必要时下部预留1/3分两部开挖,以降低岩爆破坏程度;提高光爆控制效果,以减少应力相对集中现象;采取卸载钻孔、松动爆破或震动爆破,使岩体应力降低,能量在开挖前释放。必要时可均匀地向掌子面高压注水,以降低岩体的脆弹性 | Ф40mm超前缝管式锚杆,长3m,间距150-200cm,分三个循环作业,喷15cm 厚C20混凝土;Ф22砂浆锚杆,长3-3.5m,间距50-100cm,梅花型布置,加垫板; Ф8钢筋网,网格20cm×20cm,必要时设仰拱和喷4cm厚混凝土封闭掌子面,设格栅钢拱架支撑 | 35cm |
Ⅳ级( 极强岩爆) | Ф40mm超前缝管式锚杆,长3.5m,间距100-200cm,喷4cm厚混凝土封闭掌子面,洞壁分三个循环作业,喷15cm 厚C20混凝土;Ф22砂浆锚杆,长3.5m,间距50cm,梅花型布置,加垫板; Ф8钢筋网,网格20cm×20cm,必要时设仰拱和设格栅钢拱架支撑 | 35cm |