巖爆判據(jù)與控制技術(shù)

1、巖爆判據(jù) 巖爆判據(jù)與控制技術(shù) 控制技術(shù) 曾 健 單衛(wèi)華 單衛(wèi)華 （中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司 四川成都 611130） 摘要： 摘要： 論文針對(duì)錦屏Ⅱ級(jí)水電站 2#引水隧洞鉆爆法開(kāi)挖所揭露地質(zhì)及所遇巖爆情況， 提出對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中巖爆判據(jù)、預(yù)防、控制技術(shù)等相關(guān)建議。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：引水隧洞 巖爆判據(jù) 控制技術(shù) 1 1 引言 引言 高地應(yīng)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(xué)科亟待解決的

2、前沿課題。 隨著西部開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施， 我國(guó)重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正以前所未有的速度在全國(guó)展開(kāi)， 西部地區(qū)的高山峽谷以及開(kāi)發(fā)深度的增加使得巖爆問(wèn)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(jí)、福堂等水電站、雅礱江錦屏二級(jí)水電站的地下工程在修建過(guò)程中都發(fā)生過(guò)不同程度的巖爆。 由于西部地區(qū)現(xiàn)代地殼活動(dòng)強(qiáng)烈、 高地應(yīng)力場(chǎng)和外動(dòng)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(wèn)題變得十分突出， 特別巖爆問(wèn)題日益突出。高地應(yīng)

3、力條件下大型地下洞室群在開(kāi)挖過(guò)程中，因開(kāi)挖卸荷作用，可引起圍巖內(nèi)部集聚的彈性應(yīng)變能突然釋放， 造成圍巖巖爆等地質(zhì)災(zāi)害， 給洞室圍巖的穩(wěn)定性和人員設(shè)備安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。 巖爆災(zāi)害問(wèn)題已成為我國(guó)深部開(kāi)發(fā)急待解決的一個(gè)難題， 巖爆問(wèn)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(jí)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(jī)容量為 4800MW，單機(jī)容量 600MW，是雅礱江上裝機(jī)規(guī)模最大的

4、水電站，屬雅礱江梯級(jí)開(kāi)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(jī)布置形式，具有埋深大、洞線長(zhǎng)、洞徑大的特點(diǎn)，長(zhǎng)度約為 16.6km，隧洞最大埋深達(dá) 2525m。錦屏Ⅱ級(jí)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(tái)階開(kāi)挖，下臺(tái)階落底一般滯后上臺(tái)階掌子面 2000m 左右。隧洞在埋應(yīng)力增加（開(kāi)挖誘發(fā)的應(yīng)力集中） ，而且還有一個(gè)瞬間動(dòng)態(tài)應(yīng)

5、力。復(fù)雜洞室瞬間開(kāi)挖產(chǎn)生的瞬間動(dòng)應(yīng)力值很難確定， 但是它的存在是肯定的。 動(dòng)靜應(yīng)力的疊加可能會(huì)超過(guò)巖體強(qiáng)度， 也可能會(huì)使弱面法向應(yīng)力減少降底面上抗剪力導(dǎo)致滑動(dòng)， 還可能產(chǎn)生拉應(yīng)力引起巖體結(jié)構(gòu)的局部松弛。 對(duì)于大型洞室而言， 瞬間形成完整的洞室是極少見(jiàn)的。 研究逐步開(kāi)采時(shí)的能量釋放率更具有實(shí)際意義。在無(wú)限巖體內(nèi)進(jìn)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(wèn)題

6、時(shí)于 1966 年首先提出了能量釋放率的概念， 通過(guò)對(duì)南非金礦深部開(kāi)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(duì)采礦造成的損失與地下開(kāi)采能量釋放率密切相關(guān)， 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(guān)系。從圖中可以看出， 對(duì)于一個(gè)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(guān)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(shù)求出發(fā)生巖爆的臨界 ERR 值， 也可根同巖爆危險(xiǎn)性的應(yīng)力判據(jù)一樣， 用能量釋放率 ERR 判斷巖爆是否發(fā)生并沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的確定標(biāo)準(zhǔn)， 但是用 ERR 作為各種采礦方案比較的標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)方便可行。 3.3 3.3 基于斷裂損傷、非線性科學(xué)、智能科學(xué)等的巖爆判別指標(biāo) 基于斷裂損傷、非線性科學(xué)、智能科學(xué)等的巖爆判別指標(biāo) 當(dāng)前，在我國(guó)的巖爆機(jī)理