锦屏二级水电站岩爆孕育规律与机制探析
锦屏二级水电站岩爆孕育规律与机制探析
摘要：基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据，确立了最大能量微
震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上，对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过
程进行了研究，结果表明： 即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过
程，此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大，当岩爆发生时达到最大值； TBM
开挖过程可近似为准静态卸荷，受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小，围岩承载力也
较强； 而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷，爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大，同时其
围岩储能能力相对较差。
关键词：深埋隧洞； 微震事件； 即时型岩爆； TBM; 钻爆法。
深部岩体隧洞开挖过程中，围岩应力的分布特征与开挖方式之间具有密切的关系。Abuov 等[1]
的研究成果表明，钻爆法开挖会在掌子面附近的围岩中激发应力波，同时造成围岩岩体的损
伤，在炸药爆破荷载的作用下其初始应力属于高速的动态卸载过程； Cai[2]经研究发现，当深
部岩体隧洞爆破开挖时，瞬时（ 爆破作用） 开挖会导致隧洞围岩边界上不平衡力的大量分
布，进而导致部分围岩应变能转化为岩体动能，需要一段时间的应力调整才能使其耗散； 卢文
波等[3]指出，中、高地应力条件下爆破开挖所产生应力波是导致围岩开挖松动现象产生的主要
原因； 严鹏等[4] 运用 Laplace 变换的计算方法，推导出了基于弹性本构模型的全断面爆破开挖
方式下隧洞围岩应力调整的解析解，其研究成果表明，对于 TBM （ 准静态卸载过程） 和钻爆
开挖过程（ 动态卸载过程） ,隧洞围岩经历两种截然不同的应力调整路径。综上所述，钻爆法
与TBM 两种不同开挖方式下隧洞围岩应力的调整方式截然不同，因此其微震活动性也应该表
现出不同的特征。
从已有文献来看，在针对岩爆孕育过程方面的研究中，未考虑到开挖方式的影响。深埋隧洞施
工过程主要有钻爆法及 TBM 两种开挖方式，不同开挖方式下在微震监测方法、掌子面的应力
路径及弹性应变能释放方式等方面都具有显着区别[5-6].本文运用微震监测的研究手段，基于锦
屏二级水电站不同开挖方式下的岩爆典型案例，对其孕育及发生过程中围岩裂隙的演化规律及
扩展机制进行了对比分析，其研究结果可为深埋隧洞不同开挖方式下岩爆风险的控制提供依
据。
1 工程概述。
锦屏二级水电站（ 如图 1 所示）位于中国四川省凉山彝族自治州境内的雅砻大河弯处的干流
上。利用雅砻江大河弯处288 m 的天然落差，裁弯取直凿洞引水发电。该水电站的装机容量为
24 800 MW, 单机容量为 600 MW, 平均发电量 242. 3 亿kW·h,确保输出力 1 972 MW,年利用时间
超过5 048 h,它是雅砻江上水头最高、装机容量最大的引水发电站，属于雅砻江梯级开挖中的
骨干水电站。工程枢纽主要由首部抵闸、引水系统以及尾部地下厂房 3 部分组成。水电站深埋
Ⅱ Ⅲ 隧道围岩以，类大理岩为主，岩石坚硬完整致密，少有结构面发育，单轴抗压强度为
55~114 MPa,弹性模量为 25 ~ 40 GPa, 变形模量为 8 ~ 16 GPa.施工过程中发生规模不等的岩爆数
百次，岩爆发生区占隧洞总长的18. 68%, 累计长度达8 km 以上，对施工进度及工程安全造成
了巨大影响。本研究根据岩爆发生时所发出的声响级别、爆坑断面尺寸及其孕育过程中的破坏
特征，将岩爆划分为轻微、中等、强烈3 个级别，具体划分标准详见文献[7].依据上述标准纵
观整个引水隧洞的开挖过程，轻微~ 中等岩爆区域累计长度达6 km, 强烈的达到 2 km 以上。运
用南非 ISS 监测系统，对锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法及 TBM 两种不同开挖方式下的整个
开挖过程展开连续性微震实时监测研究。
摘要：
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锦屏二级水电站岩爆孕育规律与机制探析摘要：基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据，确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上，对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究，结果表明：即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程，此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大，当岩爆发生时达到最大值；TBM开挖过程可近似为准静态卸荷，受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小，围岩承载力也较强；而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷，爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大，同时其围岩储能能力相对较差。关键词：深埋隧洞；微震事件；即时型岩爆；TBM;钻...
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
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时间：2023-06-25
