黃竹山隧道巖爆區(qū)段施工技術(shù)

李圣國（中國鐵建港航局集團(tuán)路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

黃竹山隧道巖爆區(qū)段施工技術(shù)

李圣國
（中國鐵建港航局集團(tuán)路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

摘要：本文介紹了黃竹山隧道的巖爆情況、巖爆區(qū)段施工方法和處理措施，為巖爆防治提供借鑒。

關(guān)鍵詞：公路隧道；巖爆；施工技術(shù)

1　前言

巖爆是巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能的一種具有代表性的釋放現(xiàn)象，發(fā)生在質(zhì)地堅硬、強度高、干燥無水、高應(yīng)力區(qū)的脆性巖體中。在隧道高應(yīng)力區(qū)開挖形成的新臨空面附近，初始應(yīng)力由原來的三向狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閮上驊?yīng)力狀態(tài)，并在開挖壁上局部應(yīng)力集中，若壁面集中的最大切向應(yīng)力達(dá)到某一臨界應(yīng)力時，巖爆災(zāi)害會發(fā)生。巖爆的突發(fā)性及巖體急劇破壞，巖片由巖體表面上突然地飛出，而且大部分發(fā)生在掌子面附近和邊墻上，對施工安全有很大隱患，所以針對不同的巖爆特征及危害程度，采取相應(yīng)的處理措施，以保證施工安全。

2　工程概況

黃竹山隧道位于寧德與福州交界的黃竹山，該隧道為左右線分離式特長隧道，隧道右洞長度為8630.7m，左洞長度為8668.4m。隧道區(qū)屬侵蝕剝蝕高丘陵-中低山地貌，該隧道穿越黃竹山體，地形起伏大，天然山坡坡度約25°~45°，山脊較陡峭， 溝谷內(nèi)常年有水。進(jìn)口處地面高程430~435m，出口處地面高程350~355m，隧道軸線最大海拔標(biāo)高約1248m。該隧道圍巖為殘坡積層（Qel-dl），侏羅系南園組第二、三段（晶屑）熔結(jié)凝灰?guī)r（J3n3、J3n4），微風(fēng)化花崗斑巖。

3　巖爆情況

黃竹山隧道進(jìn)口獨頭掘進(jìn)4403.05m，在隧道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)輕微~嚴(yán)重巖爆情況，現(xiàn)將有代表性的巖爆情況介紹如下：

起訖樁號ZK96+825~ZK96+901段該段圍巖為微風(fēng)化花崗斑巖，為Ⅱ級圍巖，巖體新鮮完整，無裂隙發(fā)育，無地下水滲出，單軸抗壓強度大于90MPa，埋深500m左右，發(fā)生巖爆時間要比開挖落后，開挖后在掌子面就發(fā)出輕微的應(yīng)力釋放聲音，無石塊彈射發(fā)生，在距掌子面1-3B （B為洞徑）有薄層狀圍巖剝落，剝落巖塊多呈片狀、棱塊狀，少數(shù)為板狀，塊體大小一般為0.3-0.5m，厚0.05-0.1m，大的巖塊可長達(dá)1.0-3m，寬1-2m，厚0.1-0.2m，巖爆烈度為輕微~中等。

起訖樁號ZK98+625~ZK98+707段該段圍巖為未風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，為Ⅱ級圍巖，巖體新鮮完整，無裂隙發(fā)育，無地下水滲出，單軸抗壓強度大于70MPa，埋深700m以上，開挖后在掌子面就發(fā)出較大的應(yīng)力釋放聲音，并有石塊彈射發(fā)生，洞壁、拱部立即發(fā)生劇烈的爆裂、崩落、彈射，巖石被劈裂成棱塊狀、板狀、片狀，厚度超過0.1m，最厚可達(dá)1m，爆落巖石數(shù)量大，洞壁形成大量超挖局面，洞形不規(guī)則，巖爆烈度為嚴(yán)重。

但在巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，有少量地下水滲滴地段，特別是在有地下水出露的地段，幾乎不發(fā)生巖爆。

4　巖爆防治措施

4.1 巖爆地段施工作業(yè)程序

收集資料→分析判斷→設(shè)計防巖爆措施（無巖爆正常施工）→實施防巖爆措施→監(jiān)控量測→進(jìn)行下道工序。

為了及時掌握巖爆情況，成立專職巖爆處理小組，與超前地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測小組結(jié)合，并在已掘進(jìn)部位進(jìn)行布設(shè)量測點位和收集實際地質(zhì)資料，進(jìn)行巖石強度與地應(yīng)力測試，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報資料分析判斷，對有可能發(fā)生巖爆的地段，應(yīng)及時采取有效措施，預(yù)防巖爆的發(fā)生。

4.2 巖爆的防治技術(shù)

黃竹山隧道巖爆防治主要采用以下幾種技術(shù)：

①通過加固圍巖，改變了應(yīng)力的大小及分布，而且還使洞室周邊巖體從雙向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，并且具有防護(hù)作用，可防止彈射，塌落等。

②完善施工方法，減少開挖裝藥量，可以減少爆破對圍巖的擾動，降低巖爆危害程度。

③改善圍巖應(yīng)力條件，通過打超前鉆孔，進(jìn)行超前應(yīng)力解除，加速圍巖應(yīng)力釋放和降低洞室應(yīng)力。

④改變圍巖性質(zhì)，通過向巖層表面噴水和向深部巖體注水，降低巖石強度和彈性模量，提高巖體塑性變形能力，減緩巖爆。

⑤增加臨時防護(hù)措施，防止巖爆出現(xiàn)時發(fā)生彈射和巖塊墜落傷人以及損壞機具設(shè)備。

4.3巖爆地段處理技術(shù)措施

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查所得到的巖爆特征，在對巖爆發(fā)生部位進(jìn)行確認(rèn)和對巖爆危害分析的基礎(chǔ)上，有針對性地采取如下防治措施：

（1）巖爆烈度為輕微~中等地段

①開挖后，對掌子面附近的巖體進(jìn)行噴水濕潤、降溫、軟化圍巖，提高巖石塑性，從而消除或減輕巖爆程度。

②初期支護(hù)施工要緊跟開挖工序進(jìn)行，嚴(yán)格采用濕噴工藝，盡可能減少巖層暴露時間，減少巖爆的發(fā)生。并對初期支護(hù)加強，由原設(shè)計的錨桿+噴射混凝土支護(hù)形式加強為錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土支護(hù)，施作范圍由拱部增加到拱部+邊墻，錨桿采用?22砂漿錨桿，長度2.5m，環(huán)向間距1.2m，縱向間距1.2m，呈梅花型布置，鋼筋網(wǎng)采用?6鋼筋，網(wǎng)格為20×20cm，噴射混凝土厚度為10cm。

③根據(jù)位移變化速率來判斷圍巖穩(wěn)定情況。當(dāng)水平收斂每天大于0.1-0.2mm或拱頂下沉速率大于0.07-0.15mm/d，則視為圍巖不穩(wěn)定，繼續(xù)觀察或加強支護(hù)系統(tǒng)；當(dāng)變化速率小于0.2mm/d時則視為圍巖基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行下道工序施工。

（2）巖爆烈度為嚴(yán)重地段

在巖爆烈度為嚴(yán)重地段，除對掌子面附近的巖體進(jìn)行噴水濕潤、降溫、軟化圍巖等措施外，還增加以下處理方法：

①改善施工方法，在預(yù)測巖爆嚴(yán)重地段，采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)” 開挖方式，加密周邊眼數(shù)量，利用光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制用藥量，以減少爆破對圍巖的擾動，嚴(yán)格執(zhí)行光面爆破設(shè)計施工，實現(xiàn)開挖周邊圓順，減少對圍巖的破壞及應(yīng)力集中。

②在掌子面拱部和邊墻沿開挖輪廓線施工7個超前水平鉆孔，每個鉆孔孔深30m，孔內(nèi)注水，實行超前應(yīng)力解除，改善圍巖應(yīng)力條件。

③在巖爆嚴(yán)重地段，洞室拱部和邊墻巖石不斷坍落，甚至造成局部坍方，給隧道掘進(jìn)帶來很大影響，在這種情況下，原設(shè)計的錨桿+噴射混凝土支護(hù)已不能滿足安全要求，采取了錨噴網(wǎng)和鋼支撐的聯(lián)合支護(hù)，鋼支撐采用Φ25鋼筋制作的矩形格柵，格柵高12cm，錨桿采用?22砂漿錨桿，長度3.0m，環(huán)向間距1.2m，縱向間距1.2m，呈梅花型布置，鋼筋網(wǎng)為Φ6的20×20cm網(wǎng)片。在施工中，先初噴混凝土4cm，封閉巖面，之后進(jìn)行鋼支撐和鋼筋網(wǎng)施工使鋼支撐與鋼筋網(wǎng)緊靠巖體面與錨桿聯(lián)接成一整體，最后復(fù)噴至設(shè)計厚度18cm。從施工中觀察，錨噴網(wǎng)和鋼支撐的聯(lián)合支護(hù)效果比較好，順利的通過了巖爆坍方段，有效的防止了巖爆帶來的危害。

④加強監(jiān)控量測和觀察，判斷圍巖穩(wěn)定情況。當(dāng)圍巖基本穩(wěn)定后，可以進(jìn)行下道工序施工。

4.4巖爆地段施工安全措施

①設(shè)置專職安全值班人員檢測圍巖動態(tài)，隨時掌握施工現(xiàn)場的安全情況，發(fā)現(xiàn)隱患及時排除。開挖前后，須加強排險工作，及時清除松散圍巖。

②架設(shè)移動防護(hù)網(wǎng)，采用2層鋼筋網(wǎng)，長度10-15m，頂部滿鋪模板，保護(hù)作業(yè)人員，在設(shè)備上安設(shè)防護(hù)網(wǎng)、防護(hù)罩、排架，以防巖炸彈射損壞機器及傷及人員。

結(jié)語

（1）巖爆地段施工，主要以采取有利措施降低巖爆危害為主，預(yù)防發(fā)生安全事故，達(dá)到安全施工的目的。由于隧道的地質(zhì)資料不完善，應(yīng)堅持動態(tài)施工，必須根據(jù)施工中出現(xiàn)的如巖爆等各種問題，及時的采取各種措施，是保證施工安全極為重要的方面。

（2）加強初期支護(hù)是治理巖爆最常用且最有效的措施，是巖爆治理首選的措施之一。其主要作用是加固圍巖，防止劈裂和剝離的巖塊坍落和彈射，若初期支護(hù)施作及時結(jié)構(gòu)合理，還可以改變洞壁巖體的應(yīng)力狀態(tài)，從而達(dá)到防治巖爆發(fā)生的目的。黃竹山隧道采用加強初期支護(hù)的方法，安全順利的通過了巖爆區(qū)段的施工，并對巖爆段的初期支護(hù)進(jìn)行了觀察和量測，噴射混凝土未發(fā)生開裂、剝落，鋼格柵也未產(chǎn)生明顯的變形，圍巖收斂變形基本穩(wěn)定，說明巖爆段的處理措施是成功的。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙本均．膝學(xué)軍．沖擊地壓及其防治[M]． 北京：煤炭工業(yè)出版社，1995．

[2] 孔憲立．巖體工程地質(zhì)及其災(zāi)害[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1993．

中圖分類號：U455

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A