岩爆监测方案大纲.doc

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ABH工程TBM施工条件下的岩爆实时监测
研究工作大纲〔初稿〕
一、研究工作意义和目的
岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中,硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异,储存于岩体中的弹性应变能突然释放,因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的平安,影响工程进度,已成为世界性的地下工程难题之一。
早些年，我国地下采矿中的岩爆灾害并不十分突出。随着采掘作业不断向地下进展，许多矿山已相继进人深部开采，岩爆现象日渐显露，岩爆事故时有发生。随着深井开采的矿井的逐年增多，岩爆问题将更加突出，加快岩爆检测、预警系统的研究与开发工作十分迫切。岩爆灾害已引起平安管理部门的高度重视，其预测与检测技术被列为“十五〞期间矿山平安科技开展的重点领域和关键技术。
近几十年来，国外在岩爆预测预报方面做丁大量的研究工作，但是，由于岩爆预测问题极为复杂，国外还没有成熟的理论和方法。现在，人们已从强度、刚度、稳定、断裂、损伤、突变、分形和能量等诸多方面对岩爆现象进展了分析，提出了各种假设和判据；在岩爆预测预报工作中，也果用了有限元计算、模糊综合评判、人工神经网络等近现代方法。然而，目前基于岩爆理论和岩爆破坏机制而提出的各种理沧预测方法．在实际工程应用中还存在困难；而在生产实践中，又要求有一些有救、可行的岩爆预测预报方法。如果能对可能发生的岩爆进展合理、及时的预报并有针对性地采取防治措施，就可以减少或杜绝人员伤亡和财产损失。因此，岩爆预测的研究具有十分重要的意义。
随着人类活动向地下空间的延伸，在高地应力区修建的水电站地下厂房、隧洞等地下工程越来越多，其埋深也越来越大，随之而来的岩爆现象也越来越突出，据不完全统计，从1949年～1985年，在我国32个重要煤矿中，至少曾经发生1842起煤爆和岩爆，在一些严重的岩爆发生区，曾有数以吨计的岩块、岩片和岩板抛出。在水电工程中岩爆也频繁发生，如二滩、映秀湾、渔子溪、太平驿、锦屏、天生桥二级等水电站的地下工程在修建过程中都发生过不同程度的岩爆。根据文献检索，目前世界上大约有18个和地区已有大型岩爆发生，所以岩爆已经成为全球性的地质灾害。
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1、岩爆发生条件分析
岩爆产生的条件
〔1〕近代构造活动山体地应力较高，岩体储存着很大的应变能，当该局部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，岩体枯燥；
〔5〕开挖断面形状不规那么，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
岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。
岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。
岩体中节理密度和开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。
判断岩爆发生的应力条件
用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度Rc之比进展判断。经历公式：σ1/Rc>~〔或Rc/σ1>~〕的脆性岩体最易发生岩爆。〔Rc/σ1 = 4~ 7 为高地应力， Rc/σ1 < 4 为极高地应力〕。
2、TBM施工的特点
TBM施工的优点
〔1〕快速。TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。
〔2〕优质。TBM采用滚刀进展破岩，防止了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。
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〔3〕高效。TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益;同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。
〔4〕平安。用TBM施工，改善了作业人员的洞劳动条件，减轻了体力劳动量，防止了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。
〔5〕环