在深部地下工程中,如矿山巷道、隧道开挖等,常常会遇到一种突发性地质灾害——岩爆。岩爆不仅对施工安全构成严重威胁,还可能造成设备损坏和人员伤亡,因此深入研究其发生机理并制定有效的防治措施具有重要的现实意义。
一、岩爆的基本概念
岩爆是指在高应力条件下,岩体内部积蓄的弹性应变能突然释放,导致岩石发生脆性破坏,并伴随剧烈震动、碎块飞溅等现象。它通常发生在深埋隧道或矿井中,尤其是在地壳构造活动频繁、岩性坚硬且完整性较好的区域。
二、岩爆的发生机理
1. 高应力环境
岩爆多发生于地壳深处,由于上覆岩层重量大,岩体处于高压状态。当开挖作业破坏了原有的应力平衡后,岩体内部的应力重新分布,局部区域应力集中,超过岩石的承载极限,从而引发岩爆。
2. 岩石的力学性质
岩石的强度、脆性以及弹性模量等因素直接影响其是否容易发生岩爆。一般来说,坚硬、致密、低孔隙度的岩石更容易储存弹性应变能,一旦释放,破坏力更强。
3. 地下水与温度变化
地下水的存在会影响岩石的力学性能,降低其抗压强度。此外,温度的变化也可能引起岩石体积膨胀或收缩,进一步加剧应力集中。
4. 开挖方式与支护措施
不合理的开挖顺序、过快的推进速度以及支护不及时,都会增加岩爆的风险。特别是在软弱围岩中进行快速掘进时,岩体容易因失去支撑而发生失稳。
三、岩爆的防治措施
1. 地质勘探与监测
在施工前应进行详细的地质勘探,了解岩层结构、应力状态及地下水情况。同时,在施工过程中应建立实时监测系统,通过声发射、微震监测等手段提前预警岩爆风险。
2. 优化开挖工艺
采用分段、分层、慢速掘进的方式,避免一次性大面积开挖导致应力集中。合理控制掘进速度,确保围岩能够逐步适应新的应力状态。
3. 加强支护与加固
根据围岩条件选择合适的支护方式,如喷射混凝土、锚杆、钢拱架等。对于高应力区,可采用预应力锚索或注浆加固,提高围岩的整体稳定性。
4. 控制地下水
对于含水较高的区域,应采取排水、堵水等措施,减少地下水对岩体的影响,防止因渗透压力导致岩体强度下降。
5. 合理布置施工顺序
在复杂地质条件下,应根据实际地质情况调整施工顺序,避免在同一区域集中作业,降低岩爆发生的可能性。
四、结语
岩爆作为一种复杂的地质灾害,其成因涉及多方面的因素,需要从地质条件、施工工艺、支护措施等多个角度综合考虑。只有在充分认识岩爆发生规律的基础上,结合先进的监测技术和科学的管理手段,才能有效预防和控制岩爆,保障地下工程的安全顺利进行。