1、巖爆施工工藝手冊巖爆是高地應力地區地下洞室中圍巖脆性破壞時應變 能突然釋放造成的一種動力失穩現象。在具有大量彈性應變能儲蓄的硬質脆性巖體內，由于洞 室開挖，地應力分異，圍巖應力集中，在圍巖應力作用下產 生脆性破壞，并伴隨響聲和震動，在消耗部分彈性應變能的 同時，剩余能量轉化為動能，圍巖由靜態平衡向動態失穩發 展，造成巖塊（片）脫離母體，獲得有效彈性能量，猛烈向 臨空方向拋射，是經歷劈裂成板、剪斷成塊、塊狀彈射三個 漸進過程的破壞現象。461巖爆的類型及特征461.1巖爆的分類巖爆的特征可以從多個角度去描述。目前一般從工程實 踐出發，依據現場調查所得到的巖爆特征，考慮巖爆的危害 方式、危害程度以

2、及防治對策等，對巖爆進行分類。其中按 破裂程度分類巖爆可分為：1、破裂松弛型圍巖成塊狀、板狀或片狀爆裂，爆裂響聲微弱，偶然可 聽見噼噼啪啪響聲，破裂的巖塊（板、片）少部分已與洞壁 母巖斷開，但彈射距離很小，頂板巖爆的石塊主要是墜落， 底板巖爆石塊堆積在原處，而大多數與母巖尚未斷開，不易 從洞壁上撬下來。2、爆裂彈射型巖爆的巖塊（片）完全脫離母巖，經安全處理后留下巖爆破裂坑。巖爆發生時的爆裂聲響如槍聲，彈射的巖塊（片）最大不超過1/3m3,有510cm直徑的，有拳頭大小的，也 有粉末煙霧狀的巖粉噴射。主要危害是彈射的巖片傷人，對 機械、隧道無多大影響。3、爆炸拋射型有巨石拋射，聲響如炮彈，拋石體

3、積數立方米至數十立方米，拋射距離數米至1020米，拋石對機械、支撐有損害， 但震動不會造成大的破壞。461.2巖爆的特征經調查研究發現，巖爆在破壞斷面和彈射巖塊的幾何特征、一般力學特征、動力學特征方面具有以下特點：1、爆裂面的形態特征巖爆坑邊緣多為階梯面，其中一組爆裂面與原開挖洞壁 平行，另一組與洞壁斜交。爆裂面以新鮮破裂為主，少數遷 就圍巖裂隙面。新鮮面上爆裂紋定向排列，與隧洞切向應力 大體平行。巖爆從洞壁彈射出來的巖塊及靠近巖爆裂面殘留 下來的斷塊多為棱塊狀、透鏡狀、磷片狀、片狀，少數為板 狀。上述特征共同反映出洞室產生巖爆的受力狀態。2、破裂面的力學特征由巖爆破壞斷面統計，爆裂面主要為兩

4、組，一組與最大初始應力作用方向平行，破裂角B =05,另一組斜交，B =2025 。屬脆性破壞范圍。通過對兩組斷面及彈射巖 塊斷口電鏡掃描分析，前一組破裂面為張性破裂面，后一組 斜交洞壁的破裂面屬張剪破裂面。綜上可見，巖爆屬于張、 剪脆性破壞。3、巖爆的動力特征(1) 震動特征強度弱的巖爆造成的震動較弱，強度大的災難性巖爆，常引起強烈震動，使洞室及建筑物遭受破壞。(2) 彈射特征巖爆拋射具有一定的初速度。據資料介紹，弱巖爆巖塊彈射的平均速度 Vo一般小于2m/s，中等巖爆Vo25 m/s , 強烈巖爆 Vo=510 m/s，嚴重巖爆 Vo 10 m/s。彈射物的分 布范圍遠大于爆裂面的面積，并

5、具有一定的散射角。巖爆的彈射特征是區別于隧道一般塌方破壞的重要依 據。巖爆的形成機制分析巖爆的形成機制十分復雜，搞清巖爆的形成機制，對隧 道設計、施工、預測和防治至關重要。462.1巖爆的形成機制巖爆的形成機制，一般可從以下幾個方面進行研究：1、現場巖爆的詳細觀測及觀測結果的分析，找出其規律性。2、巖體及巖石性質試驗分析，其中包括單軸抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比、點荷載強度、巖石彈性能量 指數、巖石蠕變特性、巖石應力一應變全過程曲線、多軸應 力下的強度等。3、巖爆的室內模擬實驗、應力及應變狀態的分析等。462.2巖爆的形成條件及影響因素1、地層巖性條件從地層巖性上看，并不是所有巖石都會

6、產生巖爆，根據大量的現場調查發現，巖爆都是發生在新鮮完整、質地堅硬、 性脆、抗壓強度較高、沒有或很少有裂隙的巖層中，如花崗 巖、片麻巖、混合片麻巖等。那些結構松散、彈性模量小、 抗壓強度低、含水量高的巖石是不易發生巖爆的。從能量觀點出發，上述巖石具有良好的儲能條件。這是通過分析巖石的全過程應力一應變關系解釋這一現象的，并 用巖石彈性能量指數 Wt作為衡量巖爆產生的巖性條件，Wt越大，巖爆的可能性越大。所謂彈性能量指數是指巖石加載過程巖石積蓄的彈性應變能與巖石破壞時耗散的彈性應變能之比值。2、地應力條件從地形圖可以看出，南吉頂溝高程900米，線路前進方向右側高程1500米，左側高程1200米，假

7、設將隧道放大至 左側坡面切線方向，則隧道左側荷載為零，右側承受一偏壓 荷載P。從力學上分析，隧道偏壓存在剪切應力，最大剪切 應力發生在右側拱頂至拱腳位置，隧道開挖后造成應力重分 布，在圍巖應力重分布調整過程中形成巖爆。現場巖爆發生 位置恰在拱腳至拱頂位置，證明了地應力是巖爆發生的主要 因素之一。3、巖爆與圍巖應力的關系從現場實際調查研究發現，隧道開挖后的應力狀態與巖爆密切相關。洞室開挖后在掌子面和洞壁附近的圍巖容易產 生應力集中，最大環向應力a e出現在距掌子面1倍洞徑附近，最大軸向應力 a x出現在掌子面附近。巖爆發生的地點 一般都在掌子面2倍洞徑左右的地段，持續時間4小時左右， 烈度和頻率

8、與掌子面的距離增大而逐漸降低。4、巖爆與洞室埋深的關系巖爆與洞室埋深有一定關系， 一般來講，隧道埋深越大，開挖時產生巖爆的烈度和頻率就可能越大，但這種關系并不 是絕對的。5、巖爆與光爆效果洞室的斷面形狀直接影響圍巖應力分布及應力集中程度。從應力集中角度來看，圓形斷面一般比較有利，具有較 小的應力集中系數。與巖體的強度相比較，圍巖在低得多的 初始應力場中產生巖爆，這不僅是由于洞室開挖后圍巖應力 產生集中，而且由于爆破施工，洞壁凹凸不平增加了洞壁應 力集中程度。從現場調查來看，光爆效果好，開挖輪廓圓順， 巖爆的烈度較小；光爆效果差，開挖輪廓線凹凸不圓順，巖 爆的烈度大。根據國內外研究，可以認為引起

9、巖爆的原因很多，影響因素復雜，如地層巖性、地應力狀態、洞室埋深、圍巖應力 狀態、開挖斷面形狀、開挖方法等等。但眾多因素中，地層 巖性和地應力條件是產生巖爆的決定因素，只有具備這兩個 條件，才有可能發生巖爆。462.3巖爆的預測巖爆的成功預測取決于多種因素，然而查明巖體初始應 力場（地應力的大小及分布），則是問題的關鍵所在。巖體 初始應力的測試多在工程的勘測階段進行，采用的方法有：1、實地量測目前常用的量測方法有營鉆法、水壓致裂法、聲發射法等。近年來這幾種地應力測試手段，愈來愈為人們所重視。但是，實測常常受到費用高和測試條件的限制。2、地質分析法(1) 借助宏觀地質力學的方法，研究區域地應力場分

10、 布和大小。一般認為巖體的初始應力主要為構造殘余應力與 自重應力的疊加。高的構造應力主要位于地殼運動活動區。(2) 根據地形地貌的分析。 某些地區上升劇烈， 河谷深 切，剝蝕作用很強，其巖體的初始應力大于自重應力。地形 地貌造成應力集中，在高山峽谷地區，谷地為應力高度集中區。地形地貌造成應力釋放，地形受密集的溝谷切割山體不雄厚的地方，構造殘余應力不易儲存。3、工程類比法可以同地質條件類似的鄰區工程進行應力場量級的類比，如終南山隧道就采用了鐵路隧道施工的地質資料。4、利用反映高地應力的幾種特異地質現象，預示巖爆 的發生如果巖體具有的地應力值，足以使洞室圍巖發生巖爆的 話，它必然也會在前期的地質勘

11、探和巖石力學試驗中表現出 來，其形態無疑與低應力時有顯著不同，故稱此為特異地質 現象。它預視該地區具有較高的地應力場，并具備發生巖爆 的條件。在地質鉆孔中，當巖心出現“餅化”現象時，即預示地 應力較高。所謂“餅化”即從鉆孔中取出的巖心呈有規則的 橢圓形薄餅，巖餅厚薄不一，從幾毫米到幾十毫米。這同鉆 孔直徑有一定關系，直徑大，厚度亦大，反之則小。在現場大型剪切試驗以及用表面應力解除法做巖體應 力測量試驗過程中，當巖體四周被解除后（四周和母巖鑿 斷），底部自動斷裂，甚至被彈起，并伴有斷裂聲；或將巖 樣放置一段時間后，自行破碎時，即預示地應力較高。當地 應力較高時，無論進行鉆孔壓力試驗，或現場大型剪切試驗 及室內單軸壓縮試驗，其應力應變關系曲線，都可能出現異 常。如加載時變形為正值，卸載到零穩定后變形出現負值， 或加載時基本不產生變形，卸載出現較大的負變形。463巖爆綜合防治措施463.1錨噴金屬網聯合支護1、噴射混凝土在清除拱頂部位由于巖爆產生的松動石塊之后，施作噴 混