巖爆判據(jù)與控制技術

1、巖爆判據(jù) 巖爆判據(jù)與控制技術 控制技術 曾 健 單衛(wèi)華 單衛(wèi)華 （中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司 四川成都 611130） 摘要： 摘要： 論文針對錦屏Ⅱ級水電站 2#引水隧洞鉆爆法開挖所揭露地質(zhì)及所遇巖爆情況， 提出對開挖過程中巖爆判據(jù)、預防、控制技術等相關建議。 關鍵詞： 關鍵詞：引水隧洞 巖爆判據(jù) 控制技術 1 1 引言 引言 高地應力條件下大型地下洞室群穩(wěn)定性與優(yōu)化研究是巖土工程學科亟待解決的

2、前沿課題。 隨著西部開發(fā)戰(zhàn)略的實施， 我國重大基礎設施建設正以前所未有的速度在全國展開， 西部地區(qū)的高山峽谷以及開發(fā)深度的增加使得巖爆問題日益突出。在水電工程方面，二灘、漁子溪、太平驛、天生橋二級、福堂等水電站、雅礱江錦屏二級水電站的地下工程在修建過程中都發(fā)生過不同程度的巖爆。 由于西部地區(qū)現(xiàn)代地殼活動強烈、 高地應力場和外動力地質(zhì)作用顯著， 從而使得在該地區(qū)修建大型地下洞室群的穩(wěn)定與安全問題變得十分突出， 特別巖爆問題日益突出。高地應

3、力條件下大型地下洞室群在開挖過程中，因開挖卸荷作用，可引起圍巖內(nèi)部集聚的彈性應變能突然釋放， 造成圍巖巖爆等地質(zhì)災害， 給洞室圍巖的穩(wěn)定性和人員設備安全帶來嚴重威脅。 巖爆災害問題已成為我國深部開發(fā)急待解決的一個難題， 巖爆問題的深入研究日趨迫切。 2 2 工程地質(zhì)概況 工程地質(zhì)概況 錦屏Ⅱ級水電站位于四川省涼山彝族自治州境內(nèi)的雅礱江錦屏大河彎處雅礱江干流上，電站裝機容量為 4800MW，單機容量 600MW，是雅礱江上裝機規(guī)模最大的

4、水電站，屬雅礱江梯級開發(fā)中的骨干水電站。工程樞紐主要由首部低閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成。電站引水系統(tǒng)采用 4 洞 8 機布置形式，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，長度約為 16.6km，隧洞最大埋深達 2525m。錦屏Ⅱ級水電站 2#引水隧洞為四心馬蹄形斷面， 如圖 1 所示。 采用鉆爆法施工，分上下臺階開挖，下臺階落底一般滯后上臺階掌子面 2000m 左右。隧洞在埋應力增加（開挖誘發(fā)的應力集中） ，而且還有一個瞬間動態(tài)應

5、力。復雜洞室瞬間開挖產(chǎn)生的瞬間動應力值很難確定， 但是它的存在是肯定的。 動靜應力的疊加可能會超過巖體強度， 也可能會使弱面法向應力減少降底面上抗剪力導致滑動， 還可能產(chǎn)生拉應力引起巖體結(jié)構的局部松弛。 對于大型洞室而言， 瞬間形成完整的洞室是極少見的。 研究逐步開采時的能量釋放率更具有實際意義。在無限巖體內(nèi)進行采礦，每采下一定體積巖體 dV，圍巖釋放出能量 dEr/dV，就是體積能量釋放率 ERR。 Cook 等在研究南非金礦巖爆問題

6、時于 1966 年首先提出了能量釋放率的概念， 通過對南非金礦深部開采中巖爆事例的系統(tǒng)調(diào)查和分析, 明確提出： 巖爆發(fā)生次數(shù)、 規(guī)模及對采礦造成的損失與地下開采能量釋放率密切相關， 能量釋放率越大, 發(fā)生巖爆事件的比例也越高。圖 2 為南非 Ventersdrop Contact 和Cavobon Leader 礦脈破壞性巖爆事故次數(shù)與能量釋放率之間的關系。從圖中可以看出， 對于一個具體的礦區(qū)其破壞性巖爆事故次數(shù)與平均能量釋放率之間幾乎

7、為一線性關系，能量釋放率越大,巖爆發(fā)生的頻度也越高。 由于爆破釋放多次受到巖爆危害的礦山可以用反分析技術求出發(fā)生巖爆的臨界 ERR 值， 也可根同巖爆危險性的應力判據(jù)一樣， 用能量釋放率 ERR 判斷巖爆是否發(fā)生并沒有一個簡單的確定標準， 但是用 ERR 作為各種采礦方案比較的標準確實方便可行。 3.3 3.3 基于斷裂損傷、非線性科學、智能科學等的巖爆判別指標 基于斷裂損傷、非線性科學、智能科學等的巖爆判別指標 當前，在我國的巖爆機理