地下洞室在开挖过程中,围岩突然猛烈释放弹性变形能,造成岩石脆性破坏,或将大小不等的岩块弹射或掉落,并常伴有响声的现象称作岩爆。岩爆的发现虽已有200多年历史,但直到20世纪50年代以来人们才逐渐认清了岩爆的本质和发生条件。
轻微的岩爆仅使岩片剥落,无弹射现象,无伤亡危险。严重的岩爆可将几吨重的岩块弹射到几十米以外,释放的能量相当于200多吨TNT炸药。岩爆可造成地下工程严重破坏和人员伤亡。严重的岩爆像小型地震一样,可在100多千米外测到,现已测到的由于岩爆引起的地震的最大震级为里氏4.6级。
岩爆有如下一些特点。
① 岩爆是岩石内部弹性应变能积聚后突然释放的结果,故高地应力区的坚硬岩石最易出现岩爆;软弱岩石当弹性应变还不太大时,便易产生塑性变形,不能形成岩爆。
② 岩爆发生时,常伴有声音,有的岩爆虽然不闻其声,但通过埋入岩石或与岩石面耦合的声接收器,仍可发现有声发射现象。
③ 岩爆的发生有一个过程,通常可分为三个阶段,即启裂阶段、应力调整阶段和岩爆阶段。从岩石内形成很多单个微裂隙,到微裂隙贯通形成张性裂隙丛,再到张性裂隙丛扩展形成较大裂隙,当应力调整超过岩石强度时便会发生岩爆。岩爆的活动过程可能较短,如在距离开挖掌子面一倍洞径处,可能在24h内活动频繁。但有时在开挖爆破扰动下,岩爆可能断断续续持续1~2月,有时甚至1~2年。
④ 岩爆分级。岩爆发生的临界深度约为200m,埋深越大发生岩爆的可能性越大。
施工过程中主要采用超前钻孔、超前支撑及紧跟衬砌、喷雾洒水或钻孔压水等方法防治岩爆。另外,采用锚栓—钢丝网—喷射混凝土支护(即新奥法施工)也可收到较好的效果。