關(guān)于隧道施工巖爆防治的思路

摘要：巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應(yīng)變能的突然釋放，是一種巖石破裂過(guò)程失穩(wěn)現(xiàn)象。巖爆的觸發(fā)往往與地震活動(dòng)、斷層滑動(dòng)或地下開(kāi)采的布局和進(jìn)程有聯(lián)系，同時(shí)也與巖性、構(gòu)造和地應(yīng)力狀態(tài)等因素有密切關(guān)系。巖爆現(xiàn)象常見(jiàn)于礦山、隧道和地下硐室中。在隧道施工過(guò)程中，采取合理的巖爆預(yù)控及處理方法有很大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：巖爆；破裂；處理；控制

Abstract：the rock burst is a sudden failure of the surrounding rock in rock engineering，and accompanied by the sudden release of strain energy in rock mass，is a process of rock failure instability phenomenon.Rock burst trigger tend to have contact with the earthquake activities，fault slip or underground mining layout and process，but also has the close relation with the lithology，structure and in-situ stress and other factors.The rock burst phenomenon is common in mines，tunnels and underground chamber.In the process of tunnel construction，adopt the reasonable rockburst pre control and processing method has great economic and social benefit.

Keywords：rock burst rupture process control

1.巖爆產(chǎn)生的條件

不是任何隧道施工都會(huì)發(fā)生巖爆，巖爆的發(fā)生通常應(yīng)具備以下條件：

（1）隧道位于地應(yīng)力較高的近代構(gòu)造活動(dòng)山體內(nèi)且?guī)r體內(nèi)存儲(chǔ)著很大的應(yīng)變能。

（2）圍巖完整，屬堅(jiān)硬脆性介質(zhì)，能夠儲(chǔ)存能量，應(yīng)力解除后，回彈變形很小。

（3）具有足夠的覆蓋層，一般均遠(yuǎn)離溝谷切割的卸荷裂隙帶，埋藏深度多大于200m。

（4）無(wú)地下水，巖體干燥。

（5）隧道開(kāi)挖斷面形狀不規(guī)則，易造成局部應(yīng)力集中。

隧道巖爆的發(fā)生與地震活動(dòng)、斷層滑動(dòng)或開(kāi)挖布局和進(jìn)程有聯(lián)系，同時(shí)也與巖性、構(gòu)造和地應(yīng)力狀態(tài)等因素有密切關(guān)系；隧道巖爆的發(fā)生與施工技術(shù)的也息息相關(guān)，一個(gè)合理有效的隧道施工技術(shù)能夠最大程度的減少施工發(fā)生巖爆機(jī)率；隧道巖爆的發(fā)生與施工技術(shù)人員的綜合素質(zhì)水平以及其自身采取的施工方法也密切相關(guān)。

2.巖爆的特點(diǎn)

（1）在未發(fā)生前，并無(wú)明顯征兆，雖經(jīng)過(guò)仔細(xì)尋找，并無(wú)空響聲，一般認(rèn)為不會(huì)掉落石塊的地方，也會(huì)突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊有時(shí)應(yīng)聲而下，有時(shí)暫不墜落。

（2）巖爆多發(fā)生在隧道新開(kāi)挖的工作面附近，個(gè)別也有距離新開(kāi)挖面較遠(yuǎn)的距離，常見(jiàn)巖爆以拱部或拱腰部居多；巖爆在開(kāi)挖后陸續(xù)出現(xiàn)，多在爆破后2～3小時(shí)，24小時(shí)以?xún)?nèi)為最明顯，延續(xù)時(shí)間多為1～2個(gè)月，有的延續(xù)時(shí)間達(dá)1年以上，事前一般無(wú)明顯征兆。

（3）巖爆時(shí)圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可達(dá)幾十噸重。石塊由母巖彈出，小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。

（4）巖爆圍巖的破壞過(guò)程，一般新鮮堅(jiān)硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表層巖爆；在強(qiáng)度較低巖體，則在離隧道掌子面以里一定距離產(chǎn)生，造成向洞內(nèi)臨空面沖擊力量最大，這種巖爆屬于深部沖擊型。

3.巖爆的防治措施

隧道巖爆的防治工作，仍是以預(yù)防為主，治理為輔的主要防治對(duì)策。從勘察設(shè)計(jì)階段和施工階段采取相應(yīng)的措施。

3.1勘察階段的預(yù)控措施

同所有的防治措施一樣，與其更好的對(duì)其進(jìn)行更為優(yōu)秀的治理工作，不如對(duì)其采取更好的預(yù)防工作。我們?cè)趯?duì)隧道進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要最大程度的減少對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目辈旃ぷ?，尤其是?duì)地震活動(dòng)、斷層滑動(dòng)及周?chē)鷰r體的評(píng)價(jià)與強(qiáng)度測(cè)試工作更是要做到細(xì)致入微。

3.2設(shè)計(jì)階段的預(yù)控措施

采取合理的技術(shù)方案措施做到防治隧道發(fā)生巖爆。如隧道的選線應(yīng)與巖層的最大水平主應(yīng)力的方向一致；在隧道斷面設(shè)計(jì)上，當(dāng)側(cè)向水平應(yīng)力較大時(shí)宜采用高度小、寬度大的近似橢圓形斷面，當(dāng)垂直應(yīng)力較大時(shí)宜采用高度大、寬度小的橢圓形斷面。

3.3 施工階段的預(yù)控措施

3.3.1改善圍巖應(yīng)力

在洞身開(kāi)挖爆破時(shí)，選用合適的開(kāi)挖斷面形式，采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)、強(qiáng)光爆”的技術(shù)措施，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，改變圍巖應(yīng)力狀態(tài)。開(kāi)挖進(jìn)尺宜控制在2.5m以?xún)?nèi)，對(duì)于設(shè)鋼架地段，開(kāi)挖進(jìn)尺應(yīng)控制在一榀鋼架間距。

通過(guò)打超前鉆孔或在超前鉆孔中進(jìn)行松動(dòng)爆破，在圍巖內(nèi)形成一個(gè)破壞帶（低彈區(qū)），從而使洞壁和掌子面應(yīng)力降低，使高應(yīng)力轉(zhuǎn)換至圍巖深部，施工時(shí)可在掌子面上打設(shè)5～6個(gè)超前鉆孔，既可以起到超前鉆探地質(zhì)的作用，又可以起到釋放掌子面應(yīng)力的作用。超前鉆孔的布置形式及參數(shù)與地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)孔相同，并采取深淺孔結(jié)合的方式。

3.3.2改善圍巖性質(zhì)

在施工過(guò)程中，可采取對(duì)洞壁噴水以及鉆孔注水來(lái)促進(jìn)圍巖軟化，從而消除或減緩巖爆程度。一定要注意噴水的質(zhì)量與鉆孔注水的方式，不能為了增強(qiáng)巖體的軟化性，而使得整個(gè)巖體的強(qiáng)度下降的過(guò)于低下，使得巖體的負(fù)荷能力受到限制。對(duì)于爆破后掌子面較破碎的圍巖也可采取鉆孔注水泥漿的方式來(lái)釋放圍巖地應(yīng)力，同時(shí)提升巖體整體穩(wěn)定性。

3.3.3 對(duì)圍巖采取加強(qiáng)支護(hù)或超前支護(hù)加固

對(duì)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)或超前支護(hù)加固改善圍巖面及1～2倍洞徑洞段內(nèi)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，由于支護(hù)的作用不但改變了應(yīng)力大小的分布，而且還使洞壁從單維應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)。在易發(fā)生巖爆地段，要采用錨桿、超前錨桿支護(hù)、錨噴砼支護(hù)、鋼纖維噴砼支護(hù)、鋼支撐、二次襯砌等多種支護(hù)方法有效的組合在一起來(lái)防止巖爆的發(fā)生。襯砌工作要緊跟開(kāi)挖工序進(jìn)行，以盡可能減少巖層暴露時(shí)間，必要時(shí)可采取跳段襯砌。

3.3.4加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

施工過(guò)程中，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)巖爆發(fā)生的可能性及地應(yīng)力的大小。采用超前鉆探、聲反射、地溫探測(cè)等方法，同時(shí)結(jié)合隧道內(nèi)開(kāi)挖揭示地質(zhì)素描觀察巖石特征，將幾種方法綜合運(yùn)用判斷可能發(fā)生巖爆高地應(yīng)力的范圍。

3.3.5加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

對(duì)于預(yù)測(cè)可能發(fā)生巖爆地段，指定專(zhuān)業(yè)工程師加強(qiáng)該段隧道的監(jiān)控量測(cè)，重點(diǎn)加強(qiáng)隧道的變形位移，圍巖位移變化等的監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息用以指導(dǎo)施工。

3.3.6 已發(fā)生巖爆地段的處理

對(duì)已發(fā)生巖爆的地段，可采取在巖壁切槽的方法來(lái)釋放應(yīng)力，降低巖爆強(qiáng)度，必要時(shí)也可采取打孔注水（水泥漿）的方式來(lái)釋放圍巖地應(yīng)力。

4.工程應(yīng)用實(shí)例

4.1工程概況

某鐵路隧道為雙洞單線分修隧道，該隧道預(yù)測(cè)巖爆段埋深約1400～1500m，受構(gòu)造帶影響，向斜、背斜構(gòu)造復(fù)雜，屬易發(fā)巖爆地段，預(yù)測(cè)巖爆段隧道為Ⅳ級(jí)圍巖，采用全斷面法開(kāi)挖。開(kāi)挖斷面為馬蹄形，開(kāi)挖面積約70m2，采用23cm厚C30噴射混凝土支護(hù)，拱墻設(shè)1.2m/榀的格柵鋼架，拱墻設(shè)L=3.0m、間距2.4m（縱向）X2m（環(huán)向）的砂漿錨桿。

4.2隧道巖爆發(fā)生現(xiàn)象

圖一 掌子面巖爆 圖二 初期支護(hù)開(kāi)裂剝落

（1）開(kāi)挖爆破后突然出現(xiàn)巨響，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)濃煙，并伴有塊石迸出或脫落，拱腳向中線方向突然位移巖層剝落現(xiàn)象明顯。

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