2023年锦屏二级水电站岩爆专题报告.doc

本工程引水隧洞岩爆问题概述锦屏二级水电站位于雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上。位于川滇菱形断块。出露岩石重要有：下古生界为碎屑岩类，上古生界和中生界变质碳酸盐岩、碎屑岩和玄武岩、火山碎屑岩，以及前震旦系变质岩系，古生界碳酸盐岩，峨眉山玄武岩和碎屑岩，中生界碎屑岩、粘土岩。中更新世以来堆积物重要沿河谷与山麓地带零星分布。从大地构造上，锦屏二级水电站位于松潘—甘孜地槽褶皱系东南部，中生代以来经受印支、燕山，尤其是喜马拉雅运动，形成一系列迭瓦状逆冲断层、地层倒转、“A”型平卧褶皱和拉伸线理以及沿断层形成飞来峰构造，构成变形较强烈地台边缘褶皱带和断裂带；雅江褶皱带是古生代至三迭纪地槽褶皱带。三迭纪末印支运动使其褶皱回返，燕山运动影响本区，有花岗岩类侵入。喜山运动强烈隆起并伴有断裂活动。区内断裂构造发育。工程区地处高地应力区，引水隧洞上覆岩体一般埋深1500~m，最大埋深约为2525m，而岩爆现象则是其最详细体现。岩爆是影响洞室围岩稳定重要原因之一，通过现场调研和室内测试，对引水隧洞围岩岩爆模式、分级、预测预报、防治措施等开展了深入研究，表明锦屏引水隧洞在开挖过程中将产生岩爆，其强烈程度以轻微~中等为主，局部洞段将发生强烈~极强岩爆，预测此后(以4#洞线为例)合计发生岩爆长度约5548m，无岩爆段长度约11119.1m，其中发生轻微量级岩爆长度约3291m，中等量级岩爆长度约1211m，强烈量级岩爆长度约895m，极强量级岩爆长度约151m。通过对辅助洞岩爆现场调研，辅助洞岩爆发育特性与长探洞岩爆特性一致。由于东端辅助洞局部所发生岩爆强烈程度与长探洞相对应部位进行对比，辅助洞内所发生岩爆级别要比长探洞严重，且辅助洞埋深要比长探洞浅了约200m，阐明在锦屏工程区岩爆存在着一定尺寸效应。同样地，在与目前东端辅助洞相似高程引水隧洞，由于其开挖洞径到达13m，发生岩爆时，会体现出更为明显尺寸效应。在国内外有诸多有关岩爆分析及施工案例，在此对有关岩爆做出一种专题汇报，以便更好处理好锦屏工程岩爆现象。岩爆特性及分类岩爆，又称矿山冲击，是在深埋洞室施工掘进中洞室临空面边缘忽然发生类似爆炸巨响，并有岩石开裂、岩块弹射或倒塌掉块现象。它是深埋洞室或隧道特有一种不良地质现象。自1738年初次报导了英国锡矿发生岩爆以来，在世界范围内已经有西德、南非、中华人民共和国、波兰、东德、捷克斯洛伐克、匈牙利、保加利亚、奥地利、意大利、瑞典、挪威、新西兰、美国、法国、加拿大、日本、印度、比利时、安哥拉等20多种国家和地区记录有岩爆问题。岩爆最强可使整个矿坑、隧洞摧毁；同步导致矿震最大可达3.2~4.6级以上，烈度达7~8度，使地面遭受破坏。国内从1949年到1985年5月在32个重要煤矿中，至少发生过1842起煤爆和岩爆。1965年1月至3月，成昆线关村坝隧道（长6107m）昆明端施工时多次发生岩爆，导致人身事故，威胁施工安全。岩爆是极为复杂动力现象。各国对此现象进行了大量研究，目前多数停留在假说和试验阶段。国内对岩爆研究，近年来有所突破。如中华人民共和国国际工程征询企业谭以安对天生桥电站引水隧洞岩爆灾害进行了详细调查研究，通过对岩爆一般力学特性和破坏断口电微扫描分析确定，岩爆属于张、剪脆性破坏。对岩爆部位探洞详细观测，除了把爆裂面以内围岩分为塑性带（松动圈）和弹性带外，深入把松动带细分为劈裂－剪切带、劈裂带。通过综合分析，得出这样结论：岩爆是具有大量弹性应变能储备硬质脆性岩体，由于开挖洞石和坑道，使地应力分异、围岩应力跃升及能量深入集中，在围岩应力作用下产生张－剪脆性破坏，并伴随声响和震动，而消耗某些弹性应变能同步，剩余能量转化为动能，使围岩由静态平衡向动态平衡失稳发展，导致岩片（块）脱离母体，获得有效弹射能量，以剧烈向临空方向抛（弹、散）射为特性，是经历“劈裂成板－剪断成块－块片弹射”渐进过程动力破坏现象。岩爆是在一定地质构造、地层岩性、地应力场和由于深埋洞室施工开挖临空条件变化导致瞬间围岩压力集中，变化了围岩周围应力状态和性质等条件下产生。目前观测到岩爆现象多发生在深埋不不不小于200m地下建筑物中，如云南天生桥引水隧洞埋深200~250m（厚层灰白色灰岩）、成昆线官村坝隧道埋深500~900m（含燧石结核硅质灰岩）、日本关越隧道埋深730m（石英闪长岩和角页岩）、日本新清水隧道（长13490m，1965年在施工过程中石英闪长岩发生过9次岩爆，有持续2~3个月）埋深最大达1210m、瑞士弗卡隧道（长14713m，重要地层为片麻状花岗岩）埋深最大为1520m。岩层埋深越大，开挖时产生岩爆强度和频率就越高。有人认为，在埋深超过2500m如下时，不采用特殊施工措施，一般是无法开挖隧道。岩爆产生还与地质条件有关。从岩性来看，岩爆多发生在坚硬性脆岩层中，如花岗岩、石英岩、片麻