淺談下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中解決巖爆問題有效應對方法

【摘要】針對下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中解決巖爆問題有效應對方法，結合工程實例，在簡要闡述引水發電洞項目開挖過程中巖爆現象的基礎上，引發巖爆的機理，并提出應對方法，希望對相關單位有一定幫助。

【關鍵詞】下坂地水利樞紐工程；引水發電洞項目；巖爆；應對方法

引言：

巖爆問題是下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中遇到的主要問題之一，也是地下工程施工的地質災害，具有極強的破壞性，一旦發生巖爆問題，輕則影響施工的安全性和建筑物的穩定性，重則引發巨大的工程事故。因此，本文基于實際案例，對下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中解決巖爆問題有效應對方法做了如下分析。

1、工程概述

下坂地水利樞紐工程是新疆地區近期治理的重點山區水利工程，是一項集生態補水、春旱灌溉、發電為一體的綜合性水利樞紐工程，總庫容為8.67億立方米，調節庫容為6.93億立方米。總裝機為150MW， 年發電量為4.644億KW·h。在引水發電洞項目開挖過程中可能發生中巖爆甚至嚴重巖爆問題，采取有效的應對措施。

2、引水發電洞工程洞身洞挖巖爆現象

下坂地水利樞紐工程中引水隧洞主要位于河道左岸，總長度為4661.88m，為提高施工效率，分兩個部位同時進行。隧洞圍巖主要由Ⅱ類圍巖和Ⅲ圍巖共同組成，最大埋深為1400m，引水發電洞的進口為位于下坂地水利樞紐工程左岸上游約240m的位置，進口底板的高程為2905m，引水發電洞的直徑為5.2m，總長度為4614.87m，設計最大流量為89.69m3/s，總體位于元古界第一巖性段的焦山黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖中，如果不進行科學合理的控制，就會引發嚴重的巖爆問題[1]。

3、巖爆發生機制

巖爆是引水發電洞項目開挖過程中容易發生的問題，主要發生在具有大量彈性應變儲備的硬質脆性巖體中，在此類巖性隧道開挖過程中，需要先卸除徑向約束力，進一步增加了環向應力，隨著隧洞開挖的進行，能量會進一步集中，當能量集中到一定程度以后，就會引發突發性的脹剪脆性破壞。其中彈性應能量可以隨著聲響和震動得到消耗，剩余的能量就可以轉化動能，從而影響來圍巖的穩定性。導致巖片發生脫離，產生快速劈裂、剪折、彈射等動力損壞現象。

通常情況下，巖爆的發生是由開展隧洞施工中引發并伴隨震動和彈性性能猛烈釋放的巖體結構所破壞的過程。主要原因隧洞在施工過程中會對周圍原始的應力場造成不同程度的擾動。當產生的應力達到圍巖介質破壞的臨界點時，在外界因素的干擾下，比如：振動、爆破應力波等，就會導致圍巖產生劇烈破壞。因此，巖爆的特性主要體現在其可能發生過程是動態的，從靜態轉變為失去穩定，再到失穩的過程，也是隧洞巖體結構在靜態應力條件下，逐漸失去穩定性的結果。

4、引水發電洞項目開挖過程中解決巖爆問題有效應對方法

4.1改善圍巖應力

此種巖爆處理措施的主要原理是降低圍的應力，把圍巖的應力控制在圍巖強度之下，從而避免巖爆問題的發生。具體措施為：第一，在引水發電洞項目開挖爆破過程中，要采用“短進尺、多循環”的光明爆破技術，最大限度上降低爆破對周圍巖體的擾動，從而達到改善圍巖的目的；第二，采用應力消除法，在巖爆發生斷面，利用現有鉆孔臺車作為安全架，在臺車內部用水鉆向邊墻及頂拱鉆應力釋放孔，孔深3m，間距1.5mX1.5m，梅花形布置，用以釋放應力。

4.2改善圍巖性質

在下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中，采用了對地面工作面附近巖壁噴水的方法來促進圍巖軟化，從而達到緩減巖爆程度的目的。比如：用水來沖刷作業面，常壓下水的定壓比熱為4.2kJ/KG.K，可以有效達到圍巖降溫的目的，同時用引風機進行吹風，以加強掌子面空氣對流，從而達到釋放應力的目的。而在高應力區域，要采用光爆孔向巖體注水的方法，可以有效降低圍巖的強度和彈性模量，以提高巖石塑化變形的能力。

4.3加強支護和超前支護加固

主要作用是改善掌子面和洞段的應力狀態，加強支護的作用主要體現在兩個方面：一方面可以改變應力大小分布情況，另一方面可以措施洞壁從單維應力演變為三維應力。常用的方法有鋼筋錨桿支護、錨噴混凝土支護、鋼支撐、二次襯砌等。比如：應力釋放孔注入直徑為25mm的鋼筋錨桿，單根長3.1m，進入巖體3m，如果巖爆相對比較平緩，就應當采用直徑為6mm的鋼筋網，間距控制在0.2mX0.2m，并和已經注入的鋼筋錨桿焊接加固，如果圍巖失穩比較嚴重，可采用5cm厚C20的混凝土封閉巖爆卸載荷裂隙面[2]。

4.4合理應用巖壁切槽技術

當巖爆問題已經發生以后，要采用在巖壁切槽的方法來釋放應力，以達到降低巖爆危害的強度。在巖爆地區進行施工時，要對施工人員和相關的設備進行科學合理的防護，以期最大限度上保證施工的安全性。

5、取得的效果

經過現場觀察以后，發現上述四項措施都取得了相應成效，很大程度上縮短了巖爆釋應力時間，減少了安全要隱患的發生，在有效保證施工安全的前提下，保證了工程施工的質量都會進度，為該項目按時完工奠定了堅實基礎。

6、結束語

綜上所述，本文結合實例，深入分析了下坂地水利樞紐工程引水發電洞項目開挖過程中解決巖爆問題有效應對方法，得出以下幾點結論：

（1）引水發電洞項目開挖過程中巖爆問題是最常見的，也是危害最大安全事故問題，需要采用科學合理的方式，才能滿足實際施工的具體需求。

（2）導致巖爆問題法的主要機理是隧洞在施工過程中會對周圍原始的應力場造成不同程度的擾動。當產生的應力達到圍巖介質破壞的臨界點時，就引發了巖爆問題。

（3）解決巖爆問題需要從改變圍巖應力、性質、加強支護等多方面入手，才能滿足具體工程需求。

參考文獻：

[1]吳中波.下坂地水利樞紐工程引水發電洞巖爆及施工技術處理措施[J].水能經濟，2016（3）：227-228.

[2]韓冬.下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理研究[J].黑龍江水利科技，2014（9）：160-161.