金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施

金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施 金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处 理措施 第3O卷第3期 2011年6月 四川水力发电 SichuanWaterPower Vo1.30,No.3 Jun.,2011 金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施 薛志,郝利军,谢仲文 (中国水利水电第五工程局有限公司,四川成都610066) 摘要:岩爆是高地应力区地下洞室开挖过程中因岩体应力释放而导致岩块骤然以爆炸形式从洞室周边飞射出岩块的现 象.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.其 为高地应力地区影响地下洞室施工安全顺利进行的关键因素.针对金平水电站地下洞室施工,探讨了岩爆的预防和处理措 施. 关键词:岩爆;预防;处理;金平水电站 中图分类号:Tv7;TV554;TV52;TV51文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码:B文章编号:1001-2184(2011)03-0033-04 1工程概况 金平水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定 县境内的大渡河左岸支流金汤河干流中上游,为 金汤河干流梯级开发的第一级水电站,混合式开 发.工程区位于青藏高原向四川盆地的过渡地 带,地势总体呈现出北西高,南东低的特点,山体 展布方向与主要构造线走向相近.区内河谷深 切,山势巍峨,两岸山脊高程一般为3500—5500 m,相对高差2000—2500m,属高山峡谷地貌. 金平水电站引水隧洞下段及地下厂房洞室群 主要包括引水隧洞及压力管道,气垫式调压室及 交通洞,主副厂房,主变洞,主变运输洞,母线洞, 尾闸室,进厂交通洞,尾水洞,出线洞,主厂房排风 洞,尾闸室排风洞,公地沟引水副洞,上下层排水 洞及施工支洞等洞室.厂区枢纽建筑物采用主副 厂房,主变洞和尾闸室三大洞室平行布置,从上游 向下游分别为主厂房,主变洞,尾闸室,洞室间岩 壁厚度分别为28m和21.5m.主厂房纵轴线方 向为N25.E,其与岩体主要结构面走向交角在 50.一80.之间,与地应力的最大主应力夹角为 42.15..在主厂房与主变洞之间布置了两条母线 洞和一条主变运输洞,其轴线方向与主厂房纵轴 线方向垂直. 金平水电站引水隧洞下段及地下厂房洞室群 埋深大于300m,围岩岩性主要为泥盆系中统下 段浅灰色,灰白色厚层含生物骨屑结晶灰岩,白云 石化结晶灰岩,厚一巨厚层结构,岩体呈微新状 收稿日期:2011JD4_27 态,完整性好,围岩类别属于?,?类.根据前期 勘探平洞资料,上述几类岩体单轴抗压强度大于 60MPa,属坚硬岩石.在金平水电站地下厂房处 实测最小主应力平均值为5.85MPa. 2岩爆的破坏机理及产生条件 2.1岩爆的破坏机理 当构造应力较大,岩体中有较高的脆性度和 弹性时,一旦由于地下工程活动破坏了岩体原有 的平衡状态,洞室开挖后围岩应力大于围岩强度 时,岩体中积聚的能量将导致岩石破坏并将破坏 岩石抛出. 2.2岩爆产生的条件 岩爆形成的条件:高地应力区,具有足够的上 覆岩体厚度(埋藏深度多大于200m),围岩应力 集中,岩体新鲜,坚硬完整,岩体中有较高的脆性 度和弹性,无地下水. 在高应力地区开挖洞室,高应力和岩石坚硬 完整,无水干燥是发生岩爆的主要因素.金平水 电站地下厂房洞室群埋深较大,地质构造复杂,处 于中高地应力区,局部高地应力可能产生轻微, 中等岩爆. 因此,金平水电站地下洞室群具备产生岩爆 的基本地质条件.事实上,金平水电站压力管道, 引水隧洞,调压室交通洞,尾闸室排风洞,上层排 水洞,三大洞室,尾水洞等洞室在开挖过程中都发 生了不同程度的岩爆,几乎目前所有已开挖的洞 室在开挖过程中均发生过岩爆.其中,压力管道 及引水隧洞岩爆发生最为频繁,程度最为剧烈. SichuanWaterPower圈 薛志等:金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施2011年第3期 3岩爆的特点 挪威的罗申斯(Russenes)将岩爆的活动性分 为四级:无岩爆,低岩爆活动性(轻微岩爆)中等 岩爆活动性(中型岩爆),高岩爆活动性. 就金平水电站地下洞室而言,主要岩爆为轻微 岩爆和中型岩爆.低岩爆活动性(轻微岩爆)特 征:有使岩石松弛和开裂的迹象,岩石中略有声音, 局部有岩块剥落;中等岩爆活动性(中型岩爆)特 征:岩石大量成片松弛,有随时间发生周界变形的 趋势,岩石中有强烈的开裂声并伴有爆块坠下. (1)在岩爆未发生前,并无明显的征兆,在一 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.例 如,在金平水电站主变洞,尾水洞开挖过程中,曾 多次出现只听到空响,不见岩块爆落的情况出现, 在一定程度上造成人心恐慌,施工受到很大影响. (2)岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附 近,个别的也有距新开挖工作面较远.常见的岩 爆部位以顶拱或拱腰部位为多;岩爆在开挖后陆 续出现,多在爆破后的2—3h,24h内最为明显, 延续时间一般为1,2个月,有的延长1年以上, 事前一般无明显征兆.该工程在调压室交通洞开 挖完工两个月后,距离掌子面10m范围内发生过 轻微岩爆,在很大程度上说明准确判断岩爆发生 的时机是一件很难把握的事. (3)岩爆时围岩破坏的规模小者几厘米厚, 大者可多达几十吨重.石块由母岩弹出,小者形 状常呈中间厚,周边薄,不规则的片状脱落,脱落 面多与岩壁平行.调压室交通洞,压力管道及引 水隧洞顶拱部位曾多次发生中型岩爆,爆块块径 由数公分一数十公分不等,沿结构面爆落,直至岩 体稳定,岩爆停止,造成顶拱沿结构面形成5,10 m的空腔(图1). (4)岩爆围岩的破坏过程.一般新鲜,坚硬 的岩体先产生声响,伴随片状剥落的裂隙出现,裂 隙一旦贯通即产生剥落或弹出,属于表面岩爆;强 度较低的岩体则在离隧洞掌子面以里一定距离产 生,造成向洞内临空面冲击力量最大,这种岩爆属 于深部冲击型.金平水电站引水隧洞下段及地下 厂房洞室群在开挖过程中发生的主要岩爆为表面 岩爆,大多数岩爆发生在3日内新开挖暴露出的 顶拱围岩,发生过程中多数伴有响声,极少数岩爆 圈SichuanWaterPower 没有声响,岩块突然坠落,让人猝不及防,人员设 备来不及撤离躲避. 图1压力管道(桩号管0+179.4,管0+189.4段) 因岩爆造成顶拱形成的空腔 4岩爆的预防 (1)勤观察.在施工过程中,一方面应加强 对周围围岩的观测,摸清围岩变化状况,指导工程 施工.另一方面应加强对周围围岩的观察,一旦 发现有异常声响或变化,立即组织施工人员撤离 至安全地带,同时向有关单位汇报情况,以便采取 相应的安全防护措施.针对岩爆无明显征兆的特 点,勤于观察为本工程最普遍采用的手段,在很大 程度上可以避免或减轻岩爆带来的损失和灾害. (2)高压水喷射掌子面及新开挖洞段围岩 (图2).针对金平水电站地下洞室围岩坚硬,脆 性较大的特点,干燥洞段开挖后,立即向掌子面及 图2引水隧洞(桩号引7+765一引7+753段) 调整爆破参数后的断面图 以后约10m范围内的隧洞周边喷射高压水,以改 变岩石表面的物理力学性质,降低岩石脆性,增强 塑性,达到减弱岩爆剧烈程度的目的.根据目前 金平水电站地下洞室的开挖情况看,渗水(或涌 水)洞段发生岩爆的情况几乎没有,由此可以推 第3O卷总第145期四川水力发电2011年6月 断:在渗水(或涌水)洞段开挖过程中岩爆发生的 几率很小;同时也说明对干燥洞段岩壁进行高压 喷水湿润在一定程度上可减轻岩爆的剧烈程度甚 至预防岩爆的发生.事实上,金平水电站地下洞 室干燥洞段在采取高压喷水措施后,岩爆的剧烈 程度明显降低. (3)及时封闭岩面.针对开挖后可能出现岩 爆的洞段,及时封闭岩面,减少岩壁在空气中的暴 露时间.由于在前期金平水电站地下洞室施工过 程中,部分干燥洞段在开挖后未及时封闭,围岩在 空气中暴露时间较长而造成岩石性质发生变化, 强度降低,围岩应力大于岩石自身强度,进而造成 岩爆的发生;后期洞挖施工后采取喷5cm厚C20 混凝土及时封闭岩面的措施,取得了较为理想的 效果. (4)切实提高光面爆破效果,按照"短进尺, 弱爆破"原则进行洞挖,并保证洞室轮廓规则圆 顺,避免应力集中;针对不同的围岩情况,适时调 整爆破参数,尽可能减少爆破对围岩的影响.金 平水电站引水隧洞及压力管道在前期施工过程 中,由于光爆效果控制较差,开挖断面成型差,围 岩应力集中造成岩爆发生;后期针对不同的围岩 状况适时调整爆破参数,取得了明显效果:洞室成 型好,岩爆程度减缓或岩爆消除,确保了施工安 全,同时在一定程度上也降低了工程造价. (5)在新开挖洞段围岩施打径向应力释放 孔.由于金平水电站地下洞室发生岩爆的频率 高,且造孔采用YT-28手风钻造孔,造孔扰动使得 围岩稳定情况进一步受到影响,从安全及释放孔 对岩爆的预防效果角度出发,本工程中很少采用 该种预防措施. (6)在应力集中区域打设锚杆.为了减轻因 交叉洞段应力集中而发生岩爆,本工程在洞室交叉 部位施工前均沿交叉洞口周边50cm进行锁口锚 杆施工,锁住周边岩石以确保洞室成型,减轻应力 集中的影响,从而减缓岩爆的剧烈程度或消除岩 爆. (7)对施工设备进行必要的防护.在金平水 电站主变洞一次挖机撬除危石排险过程中,顶拱 发生中型岩爆,爆块坠下造成挖机顶棚被砸.由 于事前对挖机顶棚进行过防护,灾害才未伤及到 人,避免了一起人员伤害事故的发生.在很大程 度上讲,对洞内施工设备采取必要的防护,不仅可 以减轻或避免机械设备因岩爆带来的损坏,而且 可以保证驾驶人员的生命安全,对减少和避免事 故的发生具有重大意义. (8)加强围岩变形观测.针对金平水电站诸 如主副厂房之类大断面开挖的洞室,在施工过程 中及时进行了围岩变形观测,尤其是岩爆发生较 为频繁的洞段,针对围岩变形做到防患于未然. 本工程采用了JSS30A型系列数显收敛仪对围岩 进行变形观测,经过将近一个月连续对主副厂房 围岩进行的变形观测,并及时将变形观测数据及 , 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,为主副厂房顶拱后期 时提供给业主,监理 采取锚索支护手段及时提供了基础性参考资料. 5岩爆的处理 一 般情况下,对地下洞室发生的岩爆应采用 行之有效的预防措施,降低岩爆的发生几率,减小 岩爆强度.对于岩爆较严重的部位,要先处理,后 施工,以确保施工安全.金平水电站地下洞室工 程针对不同程度的岩爆采取了不同的处理措施. 由于岩爆伴随着巨大的响声和飞石,会使作业人 员产生恐惧心理,因此,岩爆减弱后,在岩爆区用 反铲敲击爆区四周,引诱岩爆尽快彻底发生并清 理松动岩石,以消除作业人员的恐惧心理,保证开 挖和支护快速通过岩爆区域. 5.1轻微岩爆的处理 就轻微岩爆而言,本工程主要采取了以下支 护措施: (1)素喷C20混凝土,厚5cm; (2)随机锚杆支护,锚杆采用qo25钢筋,L=3 m,外露10Cffl; (3)支护范围为顶拱范围内. 其中第(1)条多指上述"岩爆的预防"中混凝 土封闭岩面.设置随机锚杆的目的是为了锁住较 大的不稳定石块,防止由于岩爆造成石块坠落甚至 洞室垮塌. 5.2中型岩爆的处理 至于中型岩爆,本工程主要采取了以下支护 措施: (1)素喷C20混凝土,厚5cm; 锚杆采用'p25钢筋,L=3 (2)系统锚杆支护, m,问距1m,排距1.5m,外露10cm; (3)挂(P8钢筋网,网格问距15em×15C1TI; SichuanWaterPower困 薛志等:金平水电站地下洞室施工的岩爆预防及处理措施2011年第3期 (4)再喷C20混凝土,厚5em,总计10em; (5)支护范围为顶拱范围内. 尾水隧洞在桩号W0+081一W0+cr71段施工过 程中发生了中型岩爆,爆块不断,岩爆断断续续在发 生1d后程度有所减缓,经过施工单位现场勘查,采 用了上述安全支护措施,取得了理想效果(图3). 图3尾水隧洞桩号W0+081一W0+071段挂网喷护 金平水电站主副厂房在开挖过程中顶拱发生 了中型岩爆,程度剧烈,遂对围岩采取喷5em厚 C25钢纤维混凝土进行支护,但喷护后无明显效 果,岩爆依旧发生,岩爆将喷护的混凝土爆落.经 过业主,监理,设计和施工单位现场勘查后,提出 主副厂房人员设备撤离工作面暂停施工,待岩爆 程度减缓后进行挂网喷护施工.经过将近20d 的待避停工后,主副厂房岩爆程度大大减缓,在采 取了挂网喷护措施后,取得了预期效果.由此可 见,在岩爆程度剧烈且喷护封闭岩面无明显效果 的情况下,采取待避的被动措施也未尝不是一种 较为安全有效的措施(图4). 6结语 由于目前岩爆条件下施工没有成熟的经验可 以借鉴,还不能完全避免岩爆的伤害,因此,岩爆 (上接第27页) 单化,大大加快了施工流水作业速度.挂顶混凝 土为尾水隧洞下部24m高的开挖提供了安全保 障.尾水隧洞地质条件复杂,体型巨大,采取钢模 台车进行大跨度,无拱座挂顶混凝土浇筑施工方 法的成功,为今后类似工程积累了宝贵的经验,给 同类工程施工提供了有效借鉴. USichuanWaterPower 图4主副厂房采取挂网喷护 防治应以防为主,有效的预测和安全防护才能确 保施工安全.岩爆发生后的支护措施主要是防止 岩石状况持续恶化并保证施工人员及设备的安 全.岩块的爆落势必会造成隧洞的超挖,所以,在 施工中采取合理而有效的岩爆防治措施,减少岩 爆发生的几率和规模,对降低工程造价具有较大 的现实意义. 金平水电站地下洞室的不同部位多次发生岩 爆,施工单位通过现场观察并经不断总结 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和 实践验证,上述施工措施对岩爆的预防和处理取 得了一定经验,为工程创造了较好的经济效益和 社会效益,为类似施工项目提供了借鉴. 参考文献: [1]雷登宪,李景玉.瀑布沟水电站地下洞室开挖中岩爆的预防 与治理[J].水电站设计.2o10,26(1):80,82. [2]水电水利工程爆破施工技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ,DL/T5135—2001fs1. 作者简介: 薛志(1986-),男,河北平山人,技术员,从事水利水电工程施工 技术与管理工作; 郝利军(1982一),男,山西浑源人,金平项目副总工程师,助理工程 师,学士,从事水利水电工程施工技术与管理工作; 谢仲文(1987-),男,四川都江堰人,技术员,从事水利水电工程施 工技术与管理工作.( 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 编辑:李燕辉) 作者简介: 刘松涛(1968一),男,河南渑池人,项目总工程师,工程师,从事水 电工程施工技术与管理工作; 林毅(1959一),男,河北唐山人,项目经理,高级工程师,从事水 电工程施工技术与管理工作; 熊道品(1972一),男,四川米易人,助理工程师,从事水利水电工程 施工技术与管理工作. (责任编辑:李燕辉)