[分享]整体状和块状岩体围岩的岩爆破坏

整体状和块状岩体具有很高的力学性能，主要结构面是节理，少有地下水。这类岩体有很好的自稳能力，主要变形破坏形式有岩爆、脆性开裂及块体滑移。本文将围绕岩爆这种破坏形式展开。

岩爆是高地应力地区，由于洞壁围岩中应力高度集中，使围岩产生突发性变形变形破坏的现象。伴随岩爆产生，常有岩块弹射、声响及冲击波产生。

（1）近代构造活动造成深部矿岩内地应力较高，岩体内储存着较大的应变能，当该部分能量超过了岩石自身的强度时，就会发生岩爆事件；
（2）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的围岩，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当因工程开挖解除应力后，由于回弹变形很小，极有可能造成岩石爆裂并弹出；
（3）如果地下水较少，岩体干燥，也容易发生岩爆；
（4）开挖断面形状不规则，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，是岩爆容易发生区域

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1～3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。

2011年8月7日凌晨3时17分，正在掘进的雅西高速公路泥巴山隧道出口，右线距离掘进施工面约20米处发生大型重度岩爆，强烈岩爆造成进洞右侧拱腰以上位置的岩石被劈裂散落，在纵向40米范围连续出现，最大深度达3.6米，剥落岩石大量堆积。记者从雅西高速公路建设指挥部了解到，除这一施工点在进行除险加固处置外，雅西高速公路其余各施工点全部正常施工。

雅西高速公路相关负责人介绍，险情发生后，项目部现场值班技术负责人第一时间启动应急预案，将正在掘进施工面上作业的16名工人全部安全撤出，险情并没有造成人员伤亡。待岩爆将山体中的能量释放后，抢险加固工作随即展开，目前主要采取混凝土填充等方式进行处理，并针对岩爆的不同深度采取相应的处置措施。“这次岩爆属于重度等级，比较严重，处置起来工程量也很大，有可能对施工进度造成一定影响，我们正在加紧对岩爆险情进行处置，力争将影响降到最低。”这位负责人表示。

　　雅西路隧道出口岩爆局部

据了解，雅西高速公路泥巴山隧道是雅西高速公路全线建设的控制性工程之一，隧道左线长9972米，右线长10007米，是西南在建的第一长隧道。泥巴山隧道穿越15条地质断层，工程难度极大，在施工中相继出现了涌水、涌泥、变形、岩爆等地质病害，但据工程技术人员介绍，这些地质病害都属于在隧道施工中较为常见的，只要不是特别严重的地质病害，按照标准进行处置就不会造成比较严重的后果。

岩爆处置完成之后，对今后隧道投入营运后是否有安全隐患？工程技术人员对此表示，岩爆是岩体中聚积的弹性变形势能突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射的现象，是岩体中能量释放的一种方式，通过这样的方式释放能量后，再经人为加固作业，岩体就会比较稳定了，一般来说不会对今后投入营运造成安全隐患。

该隧道工程相继发生了涌水、涌泥、变形、岩爆等地质病害，可谓是地质环境相当复杂。通过四川省人民政府网站了解到该工程的后期措施为掌子面采取大型号工字钢强支护、泵送混凝土填充的方式进行处理。

由于岩体介质的高度非连续性（岩体结构面网络的存在），岩爆破裂面的贯通和岩爆的发生不是即时的，而存在一个岩体内部微破裂的发育过程。

每一次微破裂的出现可触发岩体震动事件，微震监测可获取岩体微震事件，对震源位置进行定位，对震源参数进行计算，从而实现对岩爆位置和岩爆发育阶段的评估和判断。

岩爆微震事件的时间流，小蓝柱代表每一次触发的震动事件，分为了岩爆预警阶段和岩爆阶段。

6.1．在施工前，针对已有勘测资料，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。

6.2．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。

6.3．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45mm，每循环可布置4～8个孔，深度5～10m，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1～3m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。

6.4．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。

6.5．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。

6.6．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。

6.7．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。

6.8．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。[5]

7.1在开挖爆破前，施工人员对岩面喷洒高压水软化围岩，并在岩壁上开凿释放孔，在孔内注射高压水，劈裂岩体或装药弱爆，破松动围岩，提前释放应力，降低岩体刚性，减小地应力爆发的强度。

注射高压水

7.2在爆破技术上，技术人员反复优化爆破方案，采用“直眼掏槽”法，配合水压爆破技术，先将液态水渗透到岩体裂隙，实现软爆破，提高光面爆破效果的同时，减轻爆破应力对围岩的扰动。

7.3在初喷支护时，他们加强锚网喷支护技术。使用钢纤维混凝土增强混凝土强度，提高整体支护强度。初期支护后采用涨壳式预应力中空锚杆，即通过锚杆将两者紧密链接在一起，增强围岩支护强度，减少地应力冲击。

涨壳式预应力中空锚杆

本节图文来自中铁十二局

2013年第十三届全国岩石动力学会学术会议在重庆召开，近200名学者、专家参加了此次会议。防护工程专家、中国工程院院士钱七虎在会后接受《中国科学报》记者采访时表示，当前我国的岩石动力学已经取得丰硕成果，并在岩石爆炸预测预报方面取得重要进展。

钱七虎介绍说，作为岩土工程的一个分支学科，地震、爆炸、岩爆等都是岩石动力学所涉及、研究的内容。当前，岩土动力学可广泛应用在高层建设时土体爆炸压密、地震波预报、液燃气开采等方面。

钱七虎认为，岩石动力学学科的发展是由工程牵引的，而目前我国的大规模建设比较多，“工程带动学科发展，使得我们取得了丰硕成果”。

他举例说，现在我国已经能在2500米深的水下建水电站（锦屏二级水电站），在1000米深的地下建煤矿。在这样的压力下，岩石极易反弹，一开挖容易产生岩石爆炸（简称岩爆），易造成人员伤亡。世界上对防岩爆的研究很多，目前中国学者在岩爆预测预报方面取得了很大进展，“岩石要爆炸首先会裂开，也可能裂开了没有爆炸，但可以以此进行预测。大连理工大学和中科院共同进行的实验显示，我们的预报准确率在80%以上，这已经很了不起了”。

而在地震预报中，地震波会先于地震发生，可能只有几分钟，而这足以让人逃生。因此地震波在岩石中的传播研究与地震预报密切相关，非常复杂，“关于地震波在岩体中的传播，目前我们也取得了很多成果和进步。”钱七虎说，“在岩土的爆炸效应、定向大爆炸的技术等方面，我国也取得了一定的进展。”

然而和国外的相关研究相比，我国尚存在哪些不足？对此，钱七虎坦承，首先，岩爆预报的软件是我们自己设计的，但监测微震的仪器还依赖进口。“我们的预报水平比国外高，但硬件还需要从国外引进。”

“我们的大爆破规模比人家大，复杂程度比人家高。但液燃气的开采技术人家比我们先进。”钱七虎说道。

对于现在的年轻学者，尤其是研究岩土动力学的青年人，钱七虎提出了自己的期待：“一是要密切结合工程实际，要知道工程需要什么，为经济建设服务，为基础建设服务；二是瞄准学科发展前沿，我国是岩石工程大国，但还不是强国。我们要把理论科学搞上去。在大国向强国发展的路上，年轻人要为此多作贡献。”他还勉励年轻人要瞄准前沿，多作出具有科技创新性的成果、应用性的成果，“要乐于奉献，不为名利”。

谈到自己下一步的工作计划，钱七虎介绍说工作重点有两个，一个是岩石爆炸的动力效应；另一个则是岩石中的爆炸动力学，力图把岩爆的等级、范围计算出来，“岩爆可预报的时代快到了”。

来源： 土木随笔