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浅谈岩爆的初步判别及工程措施四川内江水利电力建筑勘察设计研究院和斌简介：磨子水电站位于甘孜州丹巴县境内，地处磨子沟下游河段，电站为引水式开发，利用1192m长隧洞获得427.8m落差建厂发电。电站闸址位于边耳乡磨子村插草坪，控制集雨面积665km2，厂址位于边耳乡磨子村磨子坝，控制集雨面积753km2，电站坝址、厂址间沿河相距9.2km。隧洞穿过岩层为硬质岩，加上埋藏较深，属以自重应力为主的高应力地区，部分地段岩体完整～较完整，无地下水，可初步判断为易产生岩爆。根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）岩爆分级及判别标准，将岩爆划分成Ⅰ级、Ⅱ级两类。0引言岩爆（rockburst;blasting）：在地应力高的岩体中开挖洞室，围岩中应力突然释放，造成洞壁岩块爆裂，发出较大声响并抛出的动力现象。在地应力比较高的地区，或埋深很大的隧洞周围岩体内，贮存着大量的应变能，当这些潜在的能量具备突然释放的条件时，就产生一种冲击压力。隧洞施工过程中一旦受到这种冲击压力的作用，就可能发生岩块横飞和围岩塌落现象。一般称之为岩爆或者冲击地压。由于岩爆对地下工程造成较大的危害，如破坏支护、损坏机械设备、影响工程施工造成人身伤亡。因此，目前已普遍重视其对洞室围岩稳定性的影响，研究其发生、发展规律及防治的措施，防患于未然。1岩爆发生的机制岩爆现象多发生在如下的特定的部位：①由初始应力和洞室断面形状所决定的重分布应力最集中区；②在围岩靠近表面部分有高变异应力及残余应力分布区；③在断层受风化破碎的岩脉（墙）附近形成的局部应力增高区。岩体储存的能量，通常是弹性变形的形式储聚于围岩内的高应力集中区内。弹性变形越大，诸备的能量航越多。因此，岩体内某些地区形成高储能体。高储能体必须具备两个条件：第一，岩体能储聚较大的弹性应变能，第二，岩体内应力高度集中。从储聚弹性应变能的能力分析，弹性岩体在其受力(在加荷与卸荷过程中)变形时，常能储聚较多的弹性应变能，大部分高强度块状脆性岩体属此类，其次是弹一塑性岩体，在其受力变形时，也能储聚一定弹性应变能，最差的是塑性岩体，在其受力变形时，由于变形全为塑性变形，无储聚弹性应变能的能力。因此，在前两类岩体中修建埋深较大的地下工程时，应对岩爆的产生给予密切的注意，以策安全。根据围岩内高储能体的分布，除与岩性有关外，主要取决于高应力集中医的分布情况。按此分析，岩爆有可能在以下特征部位产生。1．由初始直力状态及隧洞形状所决定的围岩内的最大压应力集中区；2．围岩表面的高变异应力及残余应力分布区，以及由岩性条件所决定的局部应力集中区，如夹于软弱岩石中的坚硬岩体；3．断层、软弱破碎带或岩脉等软弱结构商附近，洞体与这些软弱结构面所形成的应力柴中局部增高区；4．已有洞体内出于新开挖影响而出现的高应力区。2岩爆的判别及特征在本工程中，隧洞穿过岩层全为硬质岩，加上埋藏较深，属以自重应力为主的高应力地区，部分地段岩体完整～较完整，无地下水，可初步判断为易产生岩爆。根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）岩爆分级及判别标准，将岩爆划分成Ⅰ级、Ⅱ级两类。分级及判别标准见下表。岩爆分级及判别标准表1岩爆分级主要现象和岩性条件岩石强度应力比Rb/σm建议防治措施轻微岩爆（Ⅰ级）围岩表层有爆裂射落现象，内部有噼啪、撕裂声响，人耳偶然可以听到。岩爆零星间断发生。一般影响深度0.1～0.3m。对施工影响较小。4～7根据需要进行简单支护中等岩爆（Ⅱ级）围岩爆裂弹射现象明显，有似子弹射击的清脆爆裂声响，有一定持续时间。破坏范围较大，一般影响深度0.3～1m。对施工有一定影响，对设备和人员安全有一定威胁2~4需进行专门支护设计，施工中加强洒水、多采用锚喷。根据区域地质，工程区地质构造较为简单，构造应力等因素对最大主应力影响不显著，所以在埋深1000m以上采用垂直向应力——自重应力γH为最大主应力。因隧洞穿过岩层变化较大，取用占绝大多数的岩体重度或者互层中采取加权平均进行计算岩体重度，然后根据自重应力为主最大主应力来判断隧洞发生岩爆的可能性，因为Ⅳ、Ⅴ类围岩岩体完整性差～较差，并且有地下水活动，故下表中只对Ⅱ、Ⅲ类围岩列表进行判别：岩爆分级及判别表2隧洞桩号穿过岩性岩石饱和抗压强度（Rb）桩号隧洞埋深上覆岩体重或者平均重度γ(10kN/m3)σm=γh岩石强度应力比Rb/σm岩爆分级0+000～2+766二云英片岩、石英岩不等厚互层二云英片岩520+4004952.626413.0014.00Ⅱ二云英片岩522+7668282.626421.7472.39石英岩830+3704502.626411.8197.02Ⅰ石英岩832+7668282.626421.7473.862+766～4+593二云英片岩夹大理岩二云英片岩524+4952902.63627.6456.80Ⅰ二云英片岩524+2804902.636212.9174.03Ⅱ二云英片岩522+7668282.636221.8282.384+956～6+259二云英片岩二云英片岩525+0693402.63628.9635.80Ⅰ二云英片岩525+3674902.636212.9174.03Ⅱ二云英片岩526+259800（区间内最大）2.636221.0902.476+259～7+899大理岩大理岩756+259800（区间内最大2.64621.1683.54Ⅰ大理岩757+0424052.64610.7167.007+899～8+790二云英片岩大理岩527+8993202.6468.4676.14Ⅰ大理岩528+3314702.64612.4364.18大理岩528+5502802.6467.4097.023岩爆的处理措施在磨子水电站工程中，初步判断岩爆主要类型为分成轻微岩爆（Ⅰ级）、中等岩爆（Ⅱ级）两类。岩爆防治处理方法目前搜集到资料来看，多采用超前钻孔和径向钻孔，以降低应力集中，以及在岩面喷洒水和震动、爆破、诱发岩爆等方法。对于有响声的岩爆，要注意监听，当监听到发生岩爆部位后，立即组织处理，如人工引爆、喷混凝土、打锚杆等。喷混凝土能减轻岩爆的破坏程度，可保护人员及设备。挪威对岩爆地区的处理方法主要是采取喷混凝土和锚杆支护，并设球面垫板。为了保证施工安全，最简便的方法是利用机械手喷棍凝土，然后打锚杆。而在正常的情况下，其工作顺序是钻孔、装药放炮、清渣并打锚杆、喷第一层混凝土进行第二次循环，或继续第三次循环。现在挪威多采用锕钎维喷混凝土以代替常规喷混凝土，因其强度较高，变形性韶好，配合锚杆使用效果很好，可使隧洞的开挖保持高速度，甚至在通过大型岩爆地区也是如此；它的使用可保征开挖工人的安全并解决了以往在岩爆发生地段垂直于隧洞表面安装长锚杆的问题。工程实践证明：在岩爆发生强烈地段使用钢钎维加强的自动喷射混凝土作为初期支护是成功。磨子水电站中由于岩爆等级较低，危害较小，施工中现拟采取以下处理措施：1）停机待避，同时进行工作面的观察记录，如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等。2）在工作面、侧壁和拱部，每一循环内进行2～3次找顶。3）中等岩爆采用能及时受力的锚杆，本阶段采用锚杆间排距1.5×1.5m，长3.0m，直径25mm。4)中等岩爆采用喷射钢纤维混凝土，厚度宜为5～8CM；轻微岩爆采用喷砼支护（喷砼厚8cm），随机锚杆（长3.0m，直径25mm）。5)当用台车钻眼，岩爆的强度在中等以下时，可在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板，避免岩爆弹射出的块体伤及作业人员和砸坏施工设备。6)采用光面控制爆破施工，减少围岩扰动。7)开挖后对岩面洒水，释放围岩应力。4结语随着西部电站开发速度加快，各种高山峡谷地区工程地质问题迫切需要明确的判断方法以及处理措施，《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）、《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006）中就岩爆问题提出专门的判别方法和处理措施。结合相关资料、相似电站的处理方法，对岩爆问题进行提前判断，加强处理，能够显著提高施工进度，降低施工安全风险，获得较好的经济效益。