2010年4月 Rock and Soil Mechanics Apr. 2010
收稿日期：2008-07-27
基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.40272119)。
第一作者简介：黄锋，男，1982年生，博士研究生，主要从事隧道及地下建筑工程方面的研究。E-mail: huangfeng216@https://www.doczj.com/doc/501105367.html,
文章编号：1000－7598 (2010) 04－1139－05
隧道岩爆的动力学机理及其
控制的实验研究
黄 锋
（同济大学 地下建筑与工程系岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）
摘 要：隧道爆破开挖过程对隧道围岩的扰动，可以用弹性动力学的Lamb 问题来描述。利用动态光弹性方法，对Lamb 模型进行了验证，研究了冲击荷载下模型内应力波的传播、相互作用以及刻槽的拦截效应。结果表明：（1）冲击荷载作用下，模型内传播的有P 波、S 波和Rayleigh 波，与Lamb 模型的力学解答是一致的；（2）等差条纹图的分布规律，可以合理解释岩爆高发区段与开挖面的位置关系，认为P 波和Rayleigh 波的致裂作用和传播规律是岩爆发生的重要因素；（3）在模型表面的刻槽，可以实现对岩爆有突出贡献的Rayleigh 波的大量拦截，说明在隧道表面切槽的岩爆控制方法是可行的。 关 键 词：岩爆；动力学机制；Lamb 问题；控制方法；动光弹 中图分类号：TU 443 文献标识码：A
Study about dynamic mechanism and controlling of rock-burst in tunnel
by experiments
HUANG Feng
(Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Mimistry Education, Department of Geotechnical Engineering,
Tongji University, Shanghai 200092, China)
Abstract: The perturbation in the process of blasting excavation for tunnel construction can be studied by Lamb model belong to elastic kinetics. The case was simulated by photo-elastic experiments, which included the propagation, interaction laws and interception effects of slot obstacle. Some results were obtained as follows: (1) there are Pressure, Shear and Rayleigh waves under the action of impact load, which is similar to the mechanical answers of Lamb model. (2) From the fringe patterns, the effects of inducing fracture and laws of propagation about Pressure and Rayleigh waves are important factors for rock-burst mechanism, which can explain the space relationship between rock burst and face. (3) The slot on model surface can effectively intercept stress waves, especially the important Rayleigh waves. So the method of controlling rock-burst with cutting slot is theoretically feasible. Key words: rock burst; dynamic mechanism; Lamb model; control method; dynamic photoelasticity
1 引 言
岩爆是（rock burst ）也称之为冲击地压、煤爆、矿山冲击等，是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放的一种动力失稳灾害。其破坏以动力为主，不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效，严重时还会诱发地震
[1－2]
。
钻爆开挖过程中，爆炸应力波对隧道围岩的动力扰动，将导致裂纹的大规模扩展，从而可能引发
岩爆的发生。众多岩爆实录资料[3
－5]
也报道了岩爆
灾害与爆破之间存在密切的时空关系。而传统的岩爆判剧和机制解释多数是建立在静力学理论上的，对于爆破扰动方面的研究，也多集中在近区和远区方面，如破岩机制、地震波效应等，均难以直接用于岩爆动力学机制的探讨。
岩爆的动力学机制属于高应变率条件下的动力破坏问题，其理论解相当复杂，分析较困难。试验使用WZDD －1型多火花动态光弹仪，对理论分析进行了验证，并讨论了爆炸应力波在隧道已开挖轮
廓面及其附近围岩内的传播和相互作用，以及横向切槽对应力波的拦截作用。
2 理论基础
如果把隧道沿拱顶展开成平面，并将爆破炮孔简化为沿开挖轮廓面分布的、且深度、药量相同的周边炮孔，如图1（a）所示。由于炮孔长度远远小于隧道长度，那么爆破脉冲均布荷载可简化成线荷载，如图1（b）所示。那么，围岩对爆破的响应即可近似地用弹性半空间（对应隧道围岩）受表面荷载（对应爆破荷载）的Lamb问题来回答。
(a)
(b)
图1 隧道爆破与已开挖围岩的扰动模型
Fig.1 Disturbing model between explosion of tunnel and
surrounding rock
Lamb问题自1904年Lamb[6]第1次提出之后，众多学者进行了深入研究，认为冲击荷载作用下，弹性半无限空间表面上只有P波、S波和Rayleigh 波顺序通过。它们对质点位移的扰动程度是不同的，Forrestal[7]等人给出了不同泊松比的围岩在爆破脉冲作用下质点的位移波谱，认为轴向位移主要受P 波影响，切向位移则是一个以Rayleigh波速度传播的无穷间断。因此，能够引起隧道开挖轮廓面及附近围岩质点发生显著位移的是P波和Rayleigh波（主导作用），将分别在围岩中形成垂直和平行于开挖轮廓面的张性破裂面，这些破裂一旦贯通，则导致围岩失稳破坏，即形成岩爆灾害。
P波和Rayleigh波的致裂作用是岩爆发生的重要基础，P波沿隧道轴线按r-1的衰减规律和Rayleigh波仅存在于表面，分布深度为1.6～2.0倍波长，可以合理地解释岩爆高发区与掌子面的空间关系，这是目前弹性动力学理论对岩爆机制的最清晰地认识。基于以上理论，如果能够通过连续钻孔，在隧道轮廓面上形成切槽，如图2所示。切槽屏障拦截爆破产生的应力波（尤其是Rayleigh波），就可以有效缓解其对开挖围岩的扰动，达到控制岩爆的作用。
(a)
(b)
图2 横向切槽示意图
Fig.2 Slot across the surface of tunnel
3 试验原理和试验方案
动态光弹性法的基本原理，这里不在赘述。应力光学定律可以表达为
max12σd
2()/
f N h
τσσ
=?=（1）式中：fσd为材料动态条纹值；h为模型厚度，σ1、σ2为大、小主应力值；τmax为最大剪应力；N为条纹级数，本次试验采用明场，即半级数，N=0.5、1.5、2.5"
试验模型采用聚碳酸脂板加工而成，其性能参数见表1，厚度为6 mm，用来模拟Lamb问题中的半无限空间表面，对应于隧道已开挖轮廓面及附近围岩，模型表面的刻槽用于模拟隧道表面上连续钻孔，深度为2 mm（1/3板厚），加载方向与模型成70°角，如图3所示。
表1 聚碳酸脂材料的动、静态参数
Table 1 The static and dynamic parametes of model
C P C S C R E d fσd
参数
/(m/s) /(m/s) /(m/s) /MPa /(N/m)级动态 1 590 905 847 3 021 9 360
静态 2 332 6 860 注：C P、C S、C R分别为P波、S波和Rayleigh波的波速；E d为弹性模量；fσd为材料的条纹值。
第4期黄 锋：岩爆灾害的动力学机理及其控制的动光弹实验研究
试验加载装置为5.6 mm小口径运动步枪，用来模拟爆破产生的冲击荷载，属准静态应力状态问题，惯性力可忽略[8]。冲击荷载的大小通过子弹的药量来控制，为了保证每次加载尽可能一致和试验设备的安全，每次减药200粒。根据叠加原理[9]，多孔爆破的情况可看作多个单孔爆破的叠加，且考虑到加载刚度问题，试验采用冲击点荷载来代替线荷载。
由于试验得到的等差条纹图像较为模糊，为了更为清楚准确地判读条纹级次，用Delphi编制了图像处理软件[10]，处理后可得到较为清晰的条纹图像，如图4所示，因篇幅限制，分析中只给出了原始图片。
(a) 模型尺寸示意图(b) 模型荷载与边界示意图
图3 模型示意图（单位：mm）
Fig.3 Sketch of model (unit: mm)
图4 图像处理的实现过程
Fig.4 The process of fringe pattern
4 试验结果与分析
4.1 应力波的传播、相互作用
图5是3种应力波在完整槽模型中的传播和相互作用的部分等差条纹图。
冲击荷载倾斜入射模型表面，在模型内产生P 波、S波和Rayleigh波（C P>>C S≈C R）。首先出现的是波速较大的P波，以波速约1 766 m/s的球面波的形式向外辐射，等差条纹图上表现为一组近似以力作用点为圆心的同心圆。随后S波和Rayleigh波几乎同时出现，条纹相互交错显得较为混乱、不易区分。
(a) 32 μs (b)
48 μs
(c) 72 μs (d) 112 μs
图5 未切槽模型在倾斜荷载作用下的典型等差条纹图Fig.5 Typical isochromatic fringe pattern in intact model
对等差条纹图进行图像分析，可得到Y轴线上的条纹与时间的曲线，如图6所示。从曲线可以看出：条纹产生之初，由于仅有P波作用，条纹级次由荷载作用点向外递减，曲线单调下降；随着S波和Rayleigh波的出现，在3种应力波相互作用下，等差条纹图中出现了各向同性点（54～58 μs），使得条纹曲线不再单调下降，而是在距离作用点约60 mm的位置出现拐点，并形成较大应力集中；后期，由于P波衰减较快，各向同性点随之消失，条纹曲线再次具有单调递减的规律。Y轴线上的最大条纹级次分布曲线，如图7所示。可以看出，应力波除了在冲击荷载处产生大的条纹级次外，还将在距离作用点约60 mm的位置出现较高条纹级次、产生较大的应力集中。
图6 不同时刻Y轴线上的条纹曲线
Fig.6 N max-T fringe curve in Y axes
βθ
α
112 μs
72 μs
48 μs
32 μs
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岩土力学 2010年
图7 N max-Y曲线
Fig.7 N max-Y curve
因此，隧道开挖过程中，爆破产生的应力波首先将使当前炮次的围岩在破岩过程造成损伤，然后在距掌子面一定距离的已开挖围岩内产生最大扰动，而这个位置往往是岩爆的高峰区段（已开挖面岩爆），一般距离隧道掌子面1倍～数倍洞径。
4.2 刻槽对应力波的拦截效应
根据上面的分析，冲击将在模型中传播P波、S波和Rayleigh波3种形式的应力波，而试验目的是刻槽对P波和Rayleigh波的拦截，应尽量避免S 波的干扰。根据弹性波理论，当S波传播到模型左、右两端自由边界时，满足β>sin-1(C S/C P)=34.7°的部分将反射为Rayleigh波，即θ<56.3°的范围内的S 波将反射为Rayleigh波，经计算，模型内y >100 mm 的部分将很少有S波的出现，这也是刻槽位置的选取依据。
图8是在模型表面切槽后，表面倾斜加载情况下的部分等差条纹图。
(a) 32 μs (b)
56 μs
(c) 72 μs (d) 112 μs
图8 切槽模型在倾斜荷载作用下的典型等差条纹图Fig.8 Typical isochromatic fringe pattern in slotted model
P波具有衰减较快的性质，由图5可知，约在80μs以后，P波在模型上半部分开始衰减，下半部分则在固定端上的反射后相对较强，而整个过程中Rayleigh波的衰减很少，这在等差条纹图中表现为应力波传播的后期，模型上半部分条纹稀疏，而下半部分较之密集。对比图8可以发现，在应力波到达切槽处（Y=100 mm）之前，其应力波传播和相互作用与图5的情况基本上相同，但是后期等差条纹图显示，切槽以下部分的条纹并没有比切槽以上的条纹密集，反而相对稀疏。分析上述现象的原因应该是切槽将大部分Rayleigh波反射到了切槽上方，而切槽下方仅有P波和少量S波通过，从而导致上方的条纹较下方密集。通过以上分析可知，模型中下部分主要存在的是P波和Rayleigh波，而切槽对Rayleigh波的反射作用，导致了切槽下方条纹图像的减少。因此，可以肯定模型表面的切槽对Rayleigh 波的拦截是成功的，其效果也是明显的。
综上，通过在隧道表面连续钻孔形成横向切槽，对于拦截爆破产生的应力波（特别是Rayleigh波）应该是可行的。横向切槽方法可以有效缓解应力波对已开挖洞段围岩的扰动，施工中，切槽可以通过凿岩台车在切槽部位连续钻孔来实现，其深度和间距根据岩爆实际情况来确定。利用横向切槽方法防治岩爆，不仅易于操作，而且不会影响掘进效率。
5 结论
（1）在模型表面倾斜加载下，模型内传播的有P波、S波和Rayleigh波，这与弹性动力学理论（Lamb问题）所得的结论是一致的。爆破脉冲将在隧道轮廓面及附近围岩内传播这3种不同形式的应力波。
（2）P波、S波和Rayleigh波相互作用的结果表明，应力波作用下，荷载作用点和模型中上部条纹级次最高的位置，对应隧道围岩动力扰动最大的地方。这可以合理解释岩爆高发区段与掌子面的空间关系。P波和Rayleigh波的致裂作用和衰减规律是岩爆发生的重要因素。
（3）切槽试验结果表明，切槽可以实现对大部分Rayleigh波的反射，证明了隧道表面横向切槽的岩爆控制方法理论上的可行性。
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岩爆发生机理与治理措施 摘要：岩爆是深埋长大隧道的主要地质灾害之一，目前基于岩爆发生机理和治理方式国内外专家都提出了不少理论方法，但用于生产实践时都遇到或多或少的问题。内外相关文献资料的基础上，笔者通过两年多来在岩爆洞段的 施工经验，并查阅国对岩爆的发生机理和防治对策进行探讨。 关键词：深埋长隧道断裂型岩爆应力型岩爆水胀式锚杆爆破应力释放孔1、岩爆发生机理 岩爆是高地应力地区岩石地下工程中的一种常见灾害。它常常表现为声响、片状剥落、严重照片帮和岩爆性的坍塌，有的伴的声响及岩片弹射、能量猛烈释放、洞室豁然破坏，往往给人员、机械设备和建筑的安全带画巨大的损失。在地下洞室的修建过程中，由于开挖使地应力重新分布，围岩应力集中，在洞壁平行于最大初始应力σ1的部位，切向应力梯度显著增大，洞壁受压导致垂直洞壁方向产生张应力。这种应力的作用不断增强，首先产生环向的张裂或劈裂，进而发生剪切破坏。一旦岩块被剪断，且又具有较高的剩余能量时，致使岩块发生弹射，完成弹性势能到动能的转换，形成岩爆。岩爆的发生有外部和内部两方面的原因。其外因在于：岩体中蓄存有高地应力，特别是地下洞室的开挖改变了岩体内存的力学环境，其内因是岩石矿物结构密度、坚硬度较高，一般发生岩爆的岩石单轴搞压强度均在120Mpa以上，内因和外因同时成立是即发生岩爆。 2、岩爆的分类 根据对辅助洞1000多米的岩爆洞段的观察分析，可将岩爆划分为应力型岩爆和断裂型岩爆，应力型岩爆主要发生在围岩结构完整，无贯穿性结构面的岩层中，岩石的主应力达到40%岩石单轴抗压强度以上，岩爆表现形式以片状剥落为主，并伴有声响及岩片弹射，一般破坏性不大；断裂型岩爆主要发生在岩石结构完整，并伴有贯穿性结构面或断层的岩体中，岩体的应力主要集中在贯穿性结构面附近，往往岩体内的最大主应力大于或接近岩石单轴抗压强度，主要表现形式为突发性的震动，并伴有强烈的响声，在有相交结构面的围岩中往往还因岩爆震动引起大规模的坍塌，破坏性较大。对辅助洞施工安全造成严重威胁的极强岩爆多属于断裂型岩爆，从本质上讲，岩爆的发生并不是洞周高应力直接作用结果，而是开挖面附近某一范围内存在的断裂构造在高应力作用下发生破坏（如错动），
一、应急预案的方针与原则 坚持“安全第一，预防为主”、“保护人员安全优先，保护环境优先”的方针，贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。更好地适应法律和经济活动的要求；给参建职工的工作提供更好更安全的环境；保证各种应急资源处于良好的备战状态；指导应急行动按计划有序地进行；防止因应急行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故救援；有效地避免或降低人员伤亡和财产损失；帮助实现应急行动的快速、有序、高效；充分体现应急救援的“应急精神”，坚持“早预防、早发现、早报告、早救治”原则。 二、编制目的 对潜在的隧道岩爆事故做出应急准备，并对已发生的隧道岩爆进行控制，最大限度降低事故的损害程度。 三、编制依据 1、《实施性施工组织设计》 2、《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002） 3、《新建铁路黔江至张家界至常德线大坡隧道施工设计图》 4、依据沪昆公司标准化管理体系的要求，结合本工区的工程特点特制定本预案。 5、依据张家界建设指挥部的有关应急处理的规定要求；本工程实施性施组及本单位在相关工程中的经验。 6、国家相关法律、法规，国家有关部门、铁道行业及中国铁路总司相关技术标准、规范、指南、中国铁路总公司相关规章制度。 7、中国铁路总公司《铁路工程设计措施优化指导意见》（铁总建设【2013】103号）。 8、原铁道部《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道
设计施工有关技术规定的通知》（铁建设【2010】120号）。 9、中国铁路总公司《中国铁路总公司办公厅关于2014年铁路建设质量安全重点工作安排的通知》（铁总办【2014】10号）。 10、勘察设计合同以及合同的有效组成文件、设计施工图。 11、当前铁路建设的技术水平、管理水平和施工装备水平。 12、地质勘查报告。 四、工程概况 大坡隧道位于湖南省龙山县兴隆街乡三塘村及茅坪乡水沙坪村之间。隧道起讫里程为DK92+550～DK99+228，全长6678m，双线隧道，洞身最大埋深727m，最小埋深44m。隧道进口端位于兴隆街乡三塘村东侧山坡上，出口端位于茅坪乡水沙坪村西侧一山坡脚下，隧道通过处地势陡峻、沟谷深切，谷深坡陡，仅进出口有乡村公路通达，交通较不便利。 隧道采用进、出口各1座平导辅助施工。隧道进口：平导起讫里程PK92+570～PK95+870，长度3300m，位于线路左侧 25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。平导与正洞间每隔500m左右设一处横通道作为疏散横通道，共设7处，后期作为疏散隧道及运营排水通道。隧道出口：平导起讫里程 PK97+225～PK99+192长度1967m，位于线路左侧25m，与线路平行，设计坡度与正洞一致。共设4处横通道，后期作运营排水通道。 隧道进口段DK92+550～DK95+600(3050m)及出口段DK98+810～DK99+228（418m）为可溶岩段落，DK95+600～DK98+810（3210m）为非可溶岩段落，非可溶岩及可溶岩形成不同的地形地貌。隧道 DK92+550～DK93+671.710、DK97+315.661～DK98+540.480段位于 R=4500的曲线上，其余均位于直线段上；洞身纵坡依次为17.4‰ /1300、17.5‰/2750、8‰/600、-3.5‰/2028。
目录 1 编制说明 (3) 1.1编制依据 (3) 1.2编制原则 (3) 1.3编制范围 (4) 2 工程概况 (4) 2.1线路概况 (4) 2.2隧道主要工程量 (4) 3 岩爆的特点及辨识 (4) 3.1岩爆的基本特征 (4) 3.2岩爆产生的条件 (5) 3.3判断岩爆发生的应力条件 (6) 3.4地应力计算与隧道岩爆预测 (6) 3.4.1XX (6) 3.4.2XX (6) 3.4.3XX (7) 3.4.4XX (8) 4、岩爆的预防及处理方案 (10) 4.1总体施工方案 (10) 4.2超前地质预报 (10) 4.2.1超前探孔 (11)
4.2.2地质素描 (11) 4.3加强光面爆破控制，提高爆破效果 (11) 4.4加强初期支护 (12) 4.4.1轻微岩爆区 (12) 4.4.2中等岩爆区 (12) 4.5超前应力释放 (12) 4.6加强高压水冲洗 (13) 4.7加强效果检测 (13) 4.8岩爆发生时的处理措施 (13) 4.9、岩爆防护开挖台架 (14) 5、安全防护措施 (15) 5.1成立岩爆预防及救援小组 (15) 5.2安全防护措施 (16) 5.3洞内作业安全技术措施 (16) 5.3.1钻爆作业安全措施 (16) 5.3.2人员及机械防护措施 (18) 5.3.3洞内作业救援逃生措施 (18)
隧道岩爆防治专项施工方案 1 编制说明 1.1 编制依据 ⑴、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》； ⑵、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及安全技术规程； ⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定； ⑷、现场详细的施工技术调查资料； ⑸、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平； 1.2 编制原则 ⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。 ⑵、按照公路工程施工程序，合理安排施工进度，保证质量，确保按期完工，节约资源，保护环境，取得社会和建设单位信誉。 ⑶、坚持科学性、先进性、经济性与合理性、实用性相结合的原则，采用先进的施工技术、科学的组织方法，合理安排施工。 ⑷、坚持高起点规划、高标准要求、高质量落实，全面实现质量目标的原则。积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料、新测试方法，采用国内外先进、成熟、可靠的方法和工艺，优化施工方案，实现安全、质量目标。 ⑸、坚持以人为本，安全生产的原则。施工生产活动始终把人的健康安全放在首位，严格执行GB/T28001-2001职业健康安全管理体系，认真编制施工安全技术方案，加强过程控制，落实保证措施，保证安全生产投入，实现安全生产。
隧道岩爆防治、处理措施 隧道发生了中等岩爆，为确顺利施工，结合隧道开挖对岩爆的防治经验，现对岩爆的防治、处理措施交底如下，请现场领工员和施工人员参考。 一、岩爆基本特点： 1、岩爆在发生前，并无明显的预兆，虽然经过仔细找顶，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。在没有支护的情况下，对施工安全威胁极大。 2、岩爆时，石块由母岩弹出，呈现中间厚、周边薄、不规则的片状。 3、岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别距开挖工作面较远；岩爆发生的时间，多在爆破后2~3小时内，有的部位还可产生二次岩爆，一般在爆破后10~12小时内。 二、处理岩爆的基本原则：先防后治 一般情况下，对隧道岩爆应采用行之有效的预防措施，降低岩爆的发生机率，减小岩爆强度。对于岩爆较严重的部位，要先处理后施工，确保施工安全。 三、岩爆的防治措施 1、岩爆的预防措施 1）切实提高光面爆破效果，保证洞室轮廓规则圆顺，避免应力集中；并严格控制装药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。 2）爆破后立即对围岩喷洒高压水，软化岩石，减弱岩爆强度。 3）加强机械找顶和人工来回找顶。 4）选用预先释放部分能量的办法，如松动爆破法、超前钻孔预爆法、超前小导坑掘进法、打应力释放孔等方法，将岩石原始应力释放。
2、岩爆的处理措施 1）对岩爆部位加强找顶工作，只有当找顶彻底后，方能进行下一步的测量画弧和钻眼作业。 2）加强对岩爆部位的支护，必须先打安全锚杆（必要时再挂网），并根据实际情况进行喷浆封闭，再进行开挖作业，这样才能使锚杆在爆破前有充分的凝固时间和防止石块掉落。在锚杆安装好后再在锚杆之间钻适量的空眼，以减小岩爆二次发生的机率和强度。 3）岩爆严重时，台车上的人员要及时撤离到安全地点，然后由有经验的人在有人陪同下对岩爆部位进行找顶处理。找顶从上而下，上层找好铺完架子后再进行下层找顶。一定要等找顶工作彻底后，所有人员才能进入掌子面进行作业。同时各作业人员要注意做好自我防护，提高自我保护意识，切忌盲目作业。 4）对于岩爆特别严重的部位，在最短的时间内要对围岩进行锚喷网支护，防止作业时落石伤人，待二次岩爆过后，采用钢格栅支护，用Φ22mm螺纹钢与锚杆焊接成网状，然后及时进行二次喷浆支护；钻眼前并先打超前锚杆。
目录 1 编制说明 (2) 1.1编制依据 (2) 1.2编制原则 (2) 1.3编制范围 (3) 2 工程概况 (3) 2.1线路概况 (3) 2.2隧道主要工程量 (3) 3 岩爆的特点及辨识 (4) 3.1岩爆的基本特征 (4) ⑤岩爆主要发生在埋深较大，所处岩层性状较单一，弹性模量等物理力学性能较高，能储存一定的应变能量。 (4) 3.2岩爆产生的条件 (4) 3.3判断岩爆发生的应力条件 (5) 3.4地应力计算与隧道岩爆预测 (5) 3.4.1XX (5) 3.4.2XX (6) 3.4.3XX (6) 3.4.4XX (7) 4、岩爆的预防及处理方案 (9) 4.1总体施工方案 (9) 4.2超前地质预报 (9) 4.2.1超前探孔 (10) 4.2.2地质素描 (10) 4.3加强光面爆破控制，提高爆破效果 (10) 4.4加强初期支护 (11) 4.4.1轻微岩爆区 (11) 4.4.2中等岩爆区 (11) 4.5超前应力释放 (12) 4.6加强高压水冲洗 (12) 4.7加强效果检测 (12) 4.8岩爆发生时的处理措施 (12)
4.9、岩爆防护开挖台架 (13) 5、安全防护措施 (14) 5.1成立岩爆预防及救援小组 (14) 5.2安全防护措施 (15) 5.3洞内作业安全技术措施 (16) 5.3.1钻爆作业安全措施 (16) 5.3.2人员及机械防护措施 (17) 5.3.3洞内作业救援逃生措施 (17) 隧道岩爆防治专项施工方案 1 编制说明 1.1 编制依据 ⑴、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》； ⑵、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及安全技术规程； ⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定； ⑷、现场详细的施工技术调查资料； ⑸、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平； 1.2 编制原则 ⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。
隧道施工中岩爆的成因及预防研究 摘要：岩爆一直以来都是令人生畏的地质灾害，这种地质灾害的成因有很多，但是岩爆是遵循着一定的规律才发生的，所以为了预防岩爆的发生，我们必须要加强对岩爆成因的分析和监测，以实现危害最小化。岩爆的预防研究是很有价值的，其有助于保障矿山的开采工作顺利地进行和施工作业人员的安全。 关键词：隧道施工；岩爆成因；预防研究 岩爆是一种在隧道施工中形成的现象，在地下施工时积聚已久的岩体可能会突然释放，击破岩石导致爆裂从而形成弹射的现象。岩爆产生的影响是不一样的，轻则剥落岩片，没有太大的弹射现象，重则会导致4. 6级的震级，造成很大的声响。所以对于分析岩爆的成因和预防研究是非常必要的，没有合理的预防措施就会给人民和政府带来危害。 一、岩爆的成因 （一）特点 1．岩爆的发生没有预兆 岩爆和塌顶、侧壁坍塌现象等是不一样的，岩爆的发生管查不出来一点预兆，有时一般不会掉落石块的地方，也会突然间巨大的声响，发生岩石爆裂，爆裂有时会应声而下石块，有时也会一段时间不坠落。 2．发生岩爆的地点不确定 一般情况下岩爆会发生在新开挖工作面或是开挖的附近，特殊的也有离新开挖工作面较远处的地方。随着暴露时间的延长，岩爆发生的频率会有所降低。通常岩爆发生的时间是在16天之内，但是特殊情况下也有滞后一个月甚至几个月还有发生岩爆现象的事情发生。 3．岩块的大小不一 岩爆发生时，岩块随着洞壁围岩的母体弹射出来，弹射出来的小岩块的大小和形状不一，有的呈中厚边薄的不规则片状，厚度多呈几厘米长宽，极少数达到几十厘米长宽。特殊严重的时候，好几吨重的岩石从拱部弹落下来，导致岩爆性坍方。 （二）主要条件 专家对隧道施工中岩爆的成因做了很多深入性的研究，他们发现地应力的大小和地层的岩性条件，都是产生岩爆的决定性因素。从物理中的能量角度来分析，
山地研究(SHA N DI Y AN JIU)=M O U N T A IN RESEA RCH,1998,16(4):281～285 岩石卸荷破坏特征与岩爆效应 王贤能 黄润秋 (成都理工学院工程地质研究所 成都 610059) 提 要 岩爆是在地下洞室开挖卸荷过程中发生的,岩爆特征与岩石卸荷破坏特征密切 相关.本文设计了模拟洞室开挖过程的三轴卸荷实验,探讨了岩石在不同卸荷速率条件下的 变形破坏特征及其岩爆效应. 关键词 三轴卸荷实验 卸荷速率 岩爆效应 卸荷变形破坏现象在自然界中广泛存在.在岩质边坡中,卸荷将引起临空面附近岩 体内部应力重分布、造成局部应力集中效应,并且在卸荷回弹变形过程中,还会因差异回 弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系.岩体在卸荷过程中的变形与破坏正是由 这种应力变化引起的.在张应力集中带发展成拉裂面;在平行于临空面的压应力集中带 处发展而成平行于临空面的压致拉裂面或剪切破裂面[1].卸荷回弹同样可以在岩体中形 成残余剪应力,并导致剪切破裂.高地应力区钻进过程中所见到的岩芯饼裂的形成就是 这种机制.我国长江葛洲坝大型机窠开挖过程中所观测到的沿平缓软弱夹层发生的向临 空方向的剪切滑移,就是一种非常典型的差异卸荷回弹现象[1].王兰生教授提出的“浅生 时效构造”,也是一种与卸荷有直接关系的新概念[2].孔德坊教授在研究成都粘土中的裂 隙成因时,认为卸荷作用是产生这种裂隙的根本原因[3]. 处在高地应力地区的地下工程开挖过程中发生的岩爆,也是一种典型的卸荷破坏现象.过去对岩爆的岩石力学试验研究一般都采用加荷试验方式,这与岩爆发生时的应力 过程并不吻合,只有采用卸荷试验方式才符合实际. 由于试验条件限制和工程问题的复杂性,卸荷试验的实现比较困难.近十余年来,随 着岩石力学的深入发展和工程实际的需要,我国逐步开展了岩体卸荷试验研究工作[4]. 本文选取西(安)(安)康铁路秦岭深埋隧道的混合花岗岩、含绿色矿物混合花岗岩、攀枝花 石灰矿的灰岩,探讨了岩石在两种卸荷速率条件下的变形破坏特征以及与岩爆的关系. 1 模拟硐室开挖卸荷过程的三轴试验设计 地下硐室在开挖过程中,围岩应力发生重分布.径向应力( r)随着向自由表面接近 逐渐减小至洞壁处变为零;而切向应力( )的变化有不同的情况,在一些部位越接近自由 表面切向应力越大,并于洞壁处达到最高值(即产生压应力集中现象),在另一些部位,越 接近自由表面切向应力越小,有时在洞壁处甚至出现拉应力(即产生拉应力集中现象). 由此看来,地下硐室的开挖在围岩中引起强烈的应力分异现象,使围岩应力差越接近自由 *国家杰出青年科学基金(编号49525204)和教育部跨世纪优秀人才计划基金资助研究. 收稿日期:1998-03-15,改回日期:1998-03-29.
第38卷 第1期 煤田地质与勘探 Vol. 38 No.1 2010年2月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Feb. 2010 收稿日期: 2009-06-06 基金项目: 国家自然科学基金项目(50534090); 国家重点基础研究发展计划(973计划) 项目(2005CB221506); 贵州省科技 厅工业攻关项目(黔科合GY 字(2006)3029); 贵州省科技厅科技基金项目(黔科合J 字(2006)2109); 教育部春晖计划项目(Z2007-1-52010) 作者简介: 李希建(1967—), 男, 湖南张家界人, 博士, 教授, 从事矿井瓦斯防治研究工作. 文章编号: 1001-1986(2010)01-0007-07 煤与瓦斯突出机理研究现状及分析 李希建1, 2，林柏泉1 (1. 中国矿业大学安全工程学院, 江苏 徐州 221008; 2. 贵州大学矿业学院, 贵州 贵阳550003) 摘要: 对现有的煤与瓦斯突出机理研究成果进行了评述；阐述了煤与瓦斯突出机理的研究思路与方法及其历史发展过程和研究现状；分析了这些研究成果的不足之处，提出了煤与瓦斯突出机理的研究方向。研究表明，煤与瓦斯突出机理已经从单因素向多因素发展，综合作用假说得到了普遍认可，这为防突工作提供了理论依据。认为，煤与瓦斯突出准备机理、失稳与平衡机理、发展机理、传播机理和煤与瓦斯突出带分布规律研究是煤与瓦斯突出机理需要深入研究的方向。 关 键 词：煤与瓦斯突出；机理；研究现状；研究方向 中图分类号：TD713.1 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2010.01.002 Status of research and analysis on coal and gas outburst mechanism LI Xijian 1, 2, LIN Baiquan 1 (1. School of Safety Engineering , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008, China ; 2. School of Mining , Guizhou University , Guiyang 550003, China ) Abstract: In order to discuss the orientation of research on coal and gas outburst mechanism, research findings of coal and gas outburst mechanism were presented in this paper, Different thoughts and methods of research on coal and gas outburst mechanism were expounded, so were the processes of development and current situation of re-search on coal and gas outburst mechanism. Limitations of existing research findings on coal and gas outburst mechanism were analyzed. Orientation of research on coal and gas outburst mechanism was proposed as well. Currently, research on coal and gas outburst mechanism has developed from single-factor level to multiple-factor level and hypothesis of comprehensive function of multiple-factor has received wide acceptance, which has built theoretical basis for outburst prevention measures in coal mine. Domestic researchers have made abundant achievements in the research on mechanism of coal and gas outburst, which has advanced and developed the mechanism. It was believed that the mechanisms of outburst preparation, outburst instability and balancing, out-burst development, outburst transmission of coal and gas, as well as the regularity of distribution of regions where coal and gas outburst tend to take place are the research orientation for deepened study of the mechanism of coal and gas outburst. Key words: coal and gas outburst ；mechanism ；research actuality ；orientation of research 煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，也是一种非常严重而又比较普遍的威胁煤矿安全生产的自然灾害。自从1834年3月22日，在法国的鲁阿雷煤田伊萨克矿井发生了世界上第一次煤与瓦斯突出开始，据报道，目前大约有18个国家有煤与瓦斯突出发生，分别是中国、法国、俄罗斯、波兰、日本、匈牙利、比利时、英国、捷克、保加利亚、澳大利亚、荷兰、德国、加拿大、罗马尼亚、南斯拉夫、印度和南非。其中前5个国家的突出情况最为严重[1－9]。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家，自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。随着采掘深度不断增加，地应力与瓦斯压力不断加大，煤与瓦斯突出矿井的数目会不断增多，突出次数也将日益频繁。因此，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务 之急。
岩爆，也称冲击地压，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象 轻微的岩爆仅有剥落岩片，无弹射现象，严重的可测到4.6级的震级，烈度达7一8度，使地面建筑遭受破坏，并伴有很大的声响。岩爆可瞬间突然发生，也可以持续几天到几个月。发生岩爆的条件是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性，在这种条件下，一旦由于地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出。 发生原因 发生条件：在硬脆岩体高地应力地区，硐室开挖过程中发生岩爆。 发生原因：围岩强度适应不了集中的过高应力而突发的失稳破坏。 防治措施：应力解除、注水软化和使用锚栓-钢丝网-混凝土防爆支护等。[1] 基本解释 岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。 岩爆-简介 岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。 岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。预防岩爆的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓-钢丝网-混凝土支护。岩爆-产生的条件 1．近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时； 2．围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小; 3．埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带； 4．地下水较少，岩体干燥; 5．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。 地质构造
深部开采岩爆研究现状综述 摘要：岩爆是一种世界性的地质灾害，随着矿山开采深度的增加，岩爆已经成为一种越来越突出的潜在威胁，极大地威胁着矿山施工人员和设备的安全。目前，国内外在岩爆方面做了大量的研究工作，但是，由于岩爆问题极为复杂，还没有成熟的理论和方法。本文针对岩爆定义、岩爆发生机理、岩爆预测预报、岩爆控制的研究现状，进行了归纳分析与评述。 关键词：岩爆，岩爆发生机理，岩爆预测，研究现状 前言 随着浅部资源的逐渐减少和枯竭，地下开采的深度越来越大。近年来，我国一些金属矿相继进入深部开采，如云南会泽铅锌矿采深已超过1000m，铜陵冬瓜山铜矿采深已达1100m，抚顺红透山铜矿已进入900-1100m深度，湘西金矿超过850m，山东玲珑金矿采深己达800m。深井矿山开采，最显著的变化是显现“高应力、高温和高孔隙水压”的“三高”特性，开采环境大大恶化，潜在的重大安全隐患增多。岩爆作为地下工程的一大危害，直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，如何有效的减轻岩爆引起的灾害，已成为世界性的地下工程难题之一，并受到世界各国相关学者的广泛关注。岩爆发生地点具有“随机性”、孕育过程具有“缓慢性”、发生过程具有“突发性”，对生产安全和工程可靠性的危害极大，已经严重影响了矿山的正常生产。目前，国内外在岩爆方面做了大量的研究工作，但是，由于岩爆问题极为复杂，还没有成熟的理论和方法。 1、岩爆定义及分类 1.1岩爆的定义 时至今日还没有一个统一公认的岩爆定义。在谈到岩爆时，人们通常会说岩爆就是高强度脆性岩石的猛烈破坏，或者说是储存在岩体内的弹性应变能突然释放。国内普遍认为岩爆是地下工程或采矿过程中岩体破坏的一种形式。它是处于高地应力或极限平衡状态的岩体或地质结构体，在开挖活动的扰动下，其内部储
缓蚀剂地作用机理、研究现状及发展方向 1缓蚀剂地作用机理 缓蚀剂地作用机理概括起来可以分为两种,即电化学机理和物理化学机理[1].电化学机理是以金属表面发生地电化学过程为基础,解释缓蚀剂地作用.而物理化学机理是以金属表面发生地物理化学变化为依据,说明缓蚀剂地作用.这两种机理处理问题地方式不同,但它们并不矛盾,而且还存在着某种因果关系. 1.1缓蚀剂地电化学机理 金属地腐蚀大多是金属表面发生原电池反应地结果,这也是造成浸蚀腐蚀最主要地因素,原电池反应包括阳极反应和阴极反应[1].如果缓蚀剂可以抑制阳极、阴极反应中地任何一个或两个,原电池反应将减缓,金属地腐蚀速度就会减慢.把能够抑制阳极反应地缓蚀剂称为阳极抑制型缓蚀剂；能够抑制阴极反应地缓蚀剂称为阴极抑制型缓蚀剂；而既能抑制阳极反应又能抑制阴极反应地缓蚀剂称为混合型缓蚀剂. 重铬酸钾、铬酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠、高锰酸钾、磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐、苯甲酸盐、肉桂酸盐等都属于阳极型缓蚀剂.阳极型缓蚀剂对阳极过程地影响是：（1）在金属表面生成薄地氧化膜,把金属和腐蚀介质隔离开来；(2)因特性吸附抑制金属离子化过程；(3)使金属电极电位达到钝化电位[2]. 阴极型缓蚀剂主要通过以下作用实现缓蚀：(1)提高阴极反应地过电位．有时阴离子缓蚀剂通过提高氢离子放电地过电位抑制氢离子放电反应,例如,Na2C03、三乙醇胺等碱性缓蚀剂都可以中和水中地酸性物质,降低氢离子浓度,提高析氢过电位,使氢离子在金属表面地还原受阻,减缓腐蚀；(2)在金属表面形成化合物膜,如有机缓蚀剂中地低分子有机胺及其衍生物,都可以在金属表面阴极区形成多分子层,使去极化剂难以达到金属表面而减缓腐蚀；(3)吸收水中地溶解氧,降低腐蚀反应中阴极反应物地浓度,从而减缓金属地腐蚀. 混合型缓蚀剂对腐蚀电化学过程地影响主要表现在：(1)与阳极反应产物反应生成不溶物,这些不溶物紧密地沉积在金属表面起到缓蚀地作用,磷酸盐如Na3P04、Na2HP04对铁、镁、铝等地缓蚀就属于这一类型；(2)形成胶体物质,能够形成复杂胶体体系地化合物可作为有效地缓蚀剂,例如Na2Si03等；(3)在金属表面吸附,形成吸附膜达到缓蚀地目地,明胶、阿拉伯树胶等可以在铝表面吸附,吡啶及有机胺类可以在镁及镁合金表面吸附,故都可以起到缓蚀地作用[2].
第五章岩爆隧道 岩爆隧道是指施工过程中有岩爆现象发生的隧道。在高应力坚硬的岩体内开挖坑道时，常常会有岩片从开挖壁面突然弹射出来，把这种现象称为岩爆。岩爆会破坏已建成的隧道结构和机械设备，直接威胁施工人员的生命安全。岩爆现象在矿山出现较早。例如加拿大的一些深埋硬岩矿山经常发生岩爆，对矿山的安全与生产构成很大威胁，因此，加拿大Laurentian 大学的岩石力学研究中心对岩爆巷道的支护设计进行了为期五年的专题研究[1]。根据岩爆产生的机理，试验出了有效设防措施，并编制了加拿大岩爆支护手册。20世纪50年代美国纽约的引水隧洞施工时曾发生岩片弹射现象。60年代挪威赫古拉公路隧道和瑞典的维斯塔引水隧洞也曾发生过岩爆；成昆铁路线上的关村坝隧道是我国隧道建设中发生岩爆较早的隧道；之后，在二郎山隧道、穿越秦岭的数座隧道施工中也都不同程度的发生过岩爆。岩爆对隧道工程的最大威胁源于岩爆的突发性。目前，关于隧道岩爆的形成机理还在研究之中，对隧道岩爆的认识有待进一步深化。本章通过分析几座隧道的岩爆现象，归纳隧道岩爆的特点，探讨隧道岩爆机理、讨论岩爆隧道设计理论和施工方法，最后介绍岩爆隧道工程实例——二郎山隧道，借以说明隧道岩爆的具体工程防范措施。 第一节隧道岩爆特点与形成机理 岩爆是岩体受到开挖影响和扰动后发生猛烈破坏的一种工程现象，是岩体本身力学性质（内在因素）和外界影响因素（诱发因素）某种组合的结果。为了研究影响岩爆发生的各种因素，首先需要了解在国内外岩爆隧道内观察到的现象。 一、隧道岩爆现象 就空间形态和施工过程而言，水工隧洞与交通隧道几近相同。20世纪60年代掘进的挪威赫古拉公路隧道和瑞典的维斯塔引水隧洞是发生隧道岩爆的典型代表，在两工程中，岩爆以小块岩石弹射为主，大多数弹射岩块很小；岩爆发生时测得的隧道周边切向应力远小于岩石单轴抗压强度，开始弹射时的周边应力为岩石单轴抗压强度的37%；发生岩爆的隧洞轴线与测量的原岩最大主应力方向垂直或成大角度相交；岩爆发生部位相对于隧洞中心轴对称；岩爆前可听到脆性岩石的破裂声，最强烈岩爆发出的声音如200kg隧洞掘进爆破。 国内的川藏公路二郎山隧道在施工中出现了较为严重的岩爆现象[2，3]。为了掌握岩爆与地应力规律，用钻孔应力解除法和岩石声发射（AE）Kaiser效应对地应力进行了现场测试，最大主应力为353MPa。二郎山隧道的岩爆特点是：（1）发生岩爆的围岩属Ⅳ、Ⅴ类围岩；（2）岩爆多发生在掌子面及距其1～3倍洞径范围内；（3）岩爆既发生在围岩表面，也发生在围岩内部；（4）岩爆形式有劈裂和剪切两种；（5）岩爆爆坑多呈锅底形，坑边沿多为阶梯形；（6）断层带两侧的硬岩中容易发生岩爆；（7）干燥无水区段容易发生岩爆；（8）相邻洞室的开挖对主洞岩爆似无影响等。 西康铁路秦岭隧道在施工中也出现了严重的岩爆现象[4，5]。秦岭隧道Ⅱ号线的岩爆特点有：（1）受构造应力影响，岩爆先发生在右侧壁，然后到拱肩、拱顶，最后发展到左侧壁；（2）岩爆多发生在断层带两侧完整的上下两盘；（3）岩爆主要发生在质地坚硬、强度较高、干燥无水的混合片麻岩中；（4）发生在距掌子面9～100米范围内的岩爆较为频繁剧烈；（5）强烈岩爆的爆坑多呈A字形，一般岩爆的爆坑多呈锅底形等。 综合大量资料，可以发现隧道岩爆的发生有如下规律：
七、岩爆段处理措施 中亚D线部分隧道的地应力都很高，岩体内存在很大的应变能，在施工过程中有发生岩爆的可能性。通过大量的工程实践，我公司积累了大量的施工经验，目前已有许多之有效的治理岩爆的方法，现结合中亚D线隧道的地质特性，拟采用如下措施： 1.加强临时支护 在完整、坚硬的岩层中一般可不加支护，但在岩爆地段，为了从开始就防止岩爆的发生，很重要的一条就是在爆破后尽可能快进行围岩支护。其作用：第一改善围岩的应力状态；第二起防护作用，防止岩石弹射与塌落等破坏性事故发生。所以我公司结合设计要求，拟采用如下措施： 1.1喷射纤维砼 为了保证更安全，采用喷射纤维砼，喷射厚度根据各岩层的情况而定。纤维砼可以提高喷层的抗拉和抗剪强度，具有比普通砼大得多的柔性，并且能承受较大的变形而不使表面开裂。 1.2锚杆加固围岩 这是一种加固围岩最有效方法，也是岩爆防治措施首先考虑选用方法之一，其主要作用是进行岩体加固，以防劈裂和剥落的岩块塌落弹射。根据设计要求，锚杆采用空中锚杆。 1.3锚喷支护 此隧道根据设计要求，除安装锚杆外，还应配合使用喷砼，它可
以起到防止岩块弹射和结构整体支护作用。 1.4锚喷金属网联合支护 这是一种较弱地层临时支护措施。由于锚喷网联合结构强度增长迅速，能很快形成支护能力，其弹性模量与天然岩石弹性模量相近，而且与围岩密贴，与围岩形成弹性共同体，可防止应力集中与深部扩散，起到了可靠的全面防护作用。 1.5在IV类岩围、进洞加强段严重地区，为提高结构整体支护能力，在岩爆地段采用格栅钢架密排支撑，与喷锚网形成联合支护体系，且在进洞加强段采用钢支架临时支撑，待开挖面、锚喷完成后拆除。 2.设临时防护网 主要是防止突然发生岩爆飞石伤人和砸坏机器设备,使用尼龙网和钢丝网等进行拦挡。 2.1在掌子面及其附近岩爆地带加挂铁丝帷幕,可增加作业场所安全感,保护凿岩人员和机具。 2.2在台车上装设钢丝网防护,保护打眼和装药工人的安全。 2.3使用挖掘机开挖时,在掘进机及后配装套上安装“铁甲”,构成一个“防石棚”,避免岩爆石块塌落伤人,砸坏设备。 3.待避及清除危石 待避也是一种有效的安全措施。一般在岩爆比较猛烈的时候，为防止飞石造成事故，可以在安全处躲避一段时间，待避到平静为止。产生在洞顶的岩爆松石必须清除，属破裂松驰型岩爆，弹射危害不大，
岩爆发生机理及防治 措施
岩爆发生机理与治理措施 摘要：岩爆是深埋长大隧道的主要地质灾害之一，目前基于岩爆发生机理和治理方式国内外专家都提出了不少理论方法，但用于生产实践时都遇到或多或少的问题。内外相关文献资料的基础上，笔者通过两年多来在岩爆洞段的施工经验，并查阅国对岩爆的发生机理和防治对策进行探讨。 关键词：深埋长隧道断裂型岩爆应力型岩爆水胀式锚杆爆破应力释放孔1、岩爆发生机理 岩爆是高地应力地区岩石地下工程中的一种常见灾害。它常常表现为声响、片状剥落、严重照片帮和岩爆性的坍塌，有的伴的声响及岩片弹射、能量猛烈释放、洞室豁然破坏，往往给人员、机械设备和建筑的安全带画巨大的损失。在地下洞室的修建过程中，由于开挖使地应力重新分布，围岩应力集中，在洞壁平行于最大初始应力σ1的部位，切向应力梯度显著增大，洞壁受压导致垂直洞壁方向产生张应力。这种应力的作用不断增强，首先产生环向的张裂或劈裂，进而发生剪切破坏。一旦岩块被剪断，且又具有较高的剩余能量时，致使岩块发生弹射，完成弹性势能到动能的转换，形成岩爆。岩爆的发生有外部和内部两方面的原因。其外因在于：岩体中蓄存有高地应力，特别是地下洞室的开挖改变了岩体内存的力学环境，其内因是岩石矿物结构密度、坚硬度较高，一般发生岩爆的岩石单轴搞压强度均在120Mpa以上，内因和外因同时成立是即发生岩爆。 2、岩爆的分类 根据对辅助洞1000多米的岩爆洞段的观察分析，可将岩爆划分为应力型岩爆和断裂型岩爆，应力型岩爆主要发生在围岩结构完整，无贯穿性结构面的岩
层中，岩石的主应力达到40%岩石单轴抗压强度以上，岩爆表现形式以片状剥落为主，并伴有声响及岩片弹射，一般破坏性不大；断裂型岩爆主要发生在岩石结构完整，并伴有贯穿性结构面或断层的岩体中，岩体的应力主要集中在贯穿性结构面附近，往往岩体内的最大主应力大于或接近岩石单轴抗压强度，主要表现形式为突发性的震动，并伴有强烈的响声，在有相交结构面的围岩中往往还因岩爆震动引起大规模的坍塌，破坏性较大。对辅助洞施工安全造成严重威胁的极强岩爆多属于断裂型岩爆，从本质上讲，岩爆的发生并不是洞周高应力直接作用结果，而是开挖面附近某一范围内存在的断裂构造在高应力作用下发生破坏（如错动），导致能量突然释放，对围岩造成强烈冲击作用的结果。断裂破坏过程中伴随着不同程度的震动，岩爆是开挖面附近围岩在震动冲击荷载下发生破坏的结果。因此，震动是诱发岩爆的内在原因，岩爆是破坏的表现方式。现场出现的大范围坍塌破坏，并不都是岩爆，很大程度是岩爆震动导致岩体破裂，开挖后出现坍塌破坏的结果。实际上，震动可导致岩爆，也可以导致岩体坍塌。在绝大多数情况下，前者说明破坏岩体受到了很大的冲击，后者倾向于岩体比较破碎，自身稳定性差。 3、岩爆的预测 岩爆的预测是工程施工容易忽略的重要问题，目前国内外尚无一套有效的预测方法。在辅助洞施工中，结合生产实践，主要采取了以下预测措施：1）宏观上，对已经开挖洞段地质构造，岩石特性进行分析，或对平行的另一洞段地质情况进行横向延伸，可大致判断出前方未开挖洞段的地质情况。
二郎山隧道岩爆特征与治理措施 1、岩爆特征 高地应力区的一个显著地质特征是岩芯饼裂现象，饼越薄地应力值越大。 （1）岩爆发生在石英砂岩、粉砂岩、砂岩、部分砂质泥岩及泥岩与灰岩、粉砂岩、砂岩夹层中的硬质岩层中，围岩类别属IV、V 类。 （2）岩爆多发生在掌子面及1~3倍洞径范围，距齐头20m左右最为强烈，也有滞后200m的；发生时间与距离是对应的，一般是在2~8小时内，也有滞后1~2天的，有些段落滞后1~2个月或几个月后发生。刚遇到岩爆时的表现是岩体内有声响，但无石块爆落，随着掘进深度的增加地应力值的加大则出现了明显的岩石撕裂声与岩片爆落，有的还有弹射，形成深 1~2m深的三角形爆坑。 （3）岩爆声响既发生在掌子面也发生在岩体内部，轻微岩爆的声响较为清脆，可听啪、啪""嘎、嘎"的声响，强烈岩爆段所发出的声响较为沉闷，像"澎、澎"的声音并夹有"啪、啪"的声响. （4）岩爆破坏形式为劈裂破坏与剪切破坏两种，破坏程度上总体属爆裂脱落型，即一级岩爆，仅为数不长的地段出现了弹射现象，属二级岩爆，并有随时间延续向深部发展的特征。隧道周边均有岩爆活动，但拱部和两侧边墙部位相对居多，其次为拱肩部位，这与岩体应力状况有关。
（5）岩爆爆坑大多数呈"锅底"形，坑边沿多为阶梯形。强烈岩爆段爆坑多为"V"形。破裂面以新鲜破裂为主，少数沿原有裂隙面。爆落岩块多呈不规则的棱块状，也有呈中厚边薄的椭圆状。 （6）断裂带两侧或软弱结构面附近往往形成局部应力集中区，故两侧硬岩中岩爆现象较为明显，而断层带部位一般不发生岩爆。在不同岩性软硬相间的岩层中，硬质岩易发生岩爆。 （7）岩爆区段一般较为干燥，有地下水出露的地方无岩爆产生。 （8）开挖洞室（正洞、平导）大小及相邻洞室（正洞与平导相距42.5m、平导滞后主洞）施工对岩爆的产生似无明显影响。 （9）岩爆的剧烈程度与洞室埋深基本对应，但也有非对应的，相对严重地段距洞口距离为1700m、1960m（东口）、1290m（西口），相对应埋深为710m、775m（最大埋深）、425m。 （10）较严重岩爆段在第一次开挖喷锚支护稳定后经过两年后处理大规模欠挖（测量误差造成）时仍有岩爆发生（爆破后岩石完整但不久就有裂缝形成、掉块），但其强度已大为减弱。在设计阶段曾预测软质岩类及断层破碎带在高地应力作用下可能发生大变形现象，但在施工中这些段落并未发生大变形现象，分析其原因一是地应力水平较勘测阶段降低，二是断层破碎带处岩层胶结紧密，强度较高，软质岩类象泥岩和砂质泥岩由于时代古老，成岩变质程度较高，岩石的物理力学性质远非一般泥质岩类可比。
缓蚀剂作用机理、研究现状及发展方向 摘要：本文详细介绍了缓蚀剂的分类、性能指标、保护的特点、作用理论、应用实例、研究现状及发展方向。 关键词：缓蚀剂；防腐技术；发展方向 1 前言 缓蚀剂是一种在低浓度下能阻止或减缓金属在环境介质中腐蚀的物质。缓蚀剂又叫作阻蚀剂、阻化剂或腐蚀抑制剂等。缓蚀剂保护技术已经发展为一项重要的防腐蚀技术，广泛用在石油、冶金、化工、机械制造、动力和运输等部门。 2 缓蚀剂的分类 缓蚀剂的品种繁多，常用的如亚硝酸钠、铬酸盐、磷酸盐、石油磺酸钡、亚硝酸二环已胺等，至今尚难以有统一的分类方法。常见到的分类方法有以下几种。 2.1 按缓蚀剂作用的电化学理论分类 (1)阳极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阳极过程而阻滞金属腐蚀的物质。这种缓蚀剂通常是由其阴离子向金属表面的阳极区迁移，氧化金属使之钝化，从而阻滞阳极过程。例如，中性介质中的铬酸盐与亚硝酸盐。一些非氧化型的缓蚀剂，例如苯甲酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等在中性介质中，只有与溶解氧并存，才起到阳极抑制剂的作用。 (2)阴极型缓蚀剂通过抑制腐蚀的阴极过程而阻滞金属腐蚀的物质。这种缓蚀剂通常是由其阳离子向金属表面的阴极区迁移，或者被阴极还原，或者与阴 离子反应而形成沉淀膜，使阴极过程受到阻滞。例如ZnSO 4、Ca(HCO 3 ) 2 、As3+、Sb3+ 可以分别和OH-生成Zn(OH) 2、Ca(OH) 2 沉淀和被还原为As、Sb覆盖在阴极表面， 以阻滞腐蚀。 (3)混合型缓蚀剂这种缓蚀剂既可抑制阳极过程，又可抑制阴级过程。例如含氮和含硫的有机化合物。 2.2 按化学成分分类 (1)无机缓蚀剂，如铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等。