淺析隧道巖爆綜合防治施工技術(shù)措施

樊興權(quán)

摘 要：巖爆是隧道或地下隧道的施工中一種較為嚴(yán)重的災(zāi)害現(xiàn)象。一般以巖石、巖體、圍巖結(jié)構(gòu)的突然性爆裂，并伴以巖石碎片的彈出為主要現(xiàn)象。施工過(guò)程中出現(xiàn)的巖爆現(xiàn)象，不僅會(huì)對(duì)人以及設(shè)備造成影響，還會(huì)使工程超挖，降低支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程中的效果，同時(shí)也正因?yàn)槿绱?，?huì)造成一定程度的地表沉降，不利于施工的繼續(xù)進(jìn)行。通過(guò)研究巖爆的成因等方面的因素，對(duì)巖爆進(jìn)行系統(tǒng)的了解，減少施工中人為影響產(chǎn)生的巖爆現(xiàn)象，維護(hù)安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：巖爆；形成原因；防治措施

巖爆是在巖體中由彈性形變的勢(shì)能不斷累積在一定的條件下突發(fā)性劇烈釋放的現(xiàn)象，一般會(huì)伴隨著巖石爆裂等現(xiàn)象，通常情況下烈度較高的巖爆現(xiàn)象還會(huì)伴隨著將巖石碎片進(jìn)行彈射和地基變動(dòng)現(xiàn)象，輕度的巖爆則僅僅有巖片的掉落，并無(wú)彈射現(xiàn)象。

由于巖爆是一種失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在深埋的地下施工中，常常因?yàn)榈叵率┕?duì)巖體的力學(xué)平衡狀態(tài)造成影響而發(fā)生，輕微巖爆對(duì)于工程施工影響甚微，但是中度巖爆和重度巖爆對(duì)于施工工人和設(shè)備的影響十分巨大，同時(shí)因?yàn)閯×規(guī)r爆后會(huì)對(duì)工程開(kāi)挖造成大范圍超挖，削弱了初期支護(hù)對(duì)工程形成保護(hù)的能力，容易引發(fā)隧道工程發(fā)生多次事故。在隧道的組織、施工以及生產(chǎn)安全的建設(shè)中，對(duì)巖爆現(xiàn)象進(jìn)行研究，提前發(fā)現(xiàn)、提前處理，減少工程中受到巖爆威脅情況的發(fā)生，對(duì)于隧道工程建設(shè)來(lái)講有著非常重要的意義。

1 隧道施工中巖爆的形成原因

通常情況下在隧道的施工中發(fā)生的巖爆現(xiàn)象主要是由兩方面形成：內(nèi)因方面，由于巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在對(duì)于能量有儲(chǔ)存能力的高儲(chǔ)能體，在其儲(chǔ)存的能量接近或者超過(guò)巖體的強(qiáng)度以及周?chē)Y(jié)構(gòu)的承受能力，就會(huì)產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象；外因部分，由于施工等其他外界因素影響，對(duì)巖體增加了新的附加的荷載，破壞了巖體原本平衡但脆弱的力學(xué)平衡狀態(tài)。

在應(yīng)力較為集中或應(yīng)力較大的地區(qū)或者環(huán)境中，而巖體中又具有較高脆性和硬度，由于隧道掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)周?chē)膰鷰r受力情況不斷地造成影響，使圍巖中的受力不斷增加逐漸接近圍巖可接受的強(qiáng)度極限時(shí)，圍巖本身具有的裂縫持續(xù)增大，此時(shí)，即使環(huán)境中產(chǎn)生細(xì)微的改變也會(huì)使圍巖出現(xiàn)一定程度的斷裂現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生巖爆。

在對(duì)具有截面較大的硬巖進(jìn)行隧道的開(kāi)挖施工時(shí)，出于施工進(jìn)度等方面的考慮，會(huì)對(duì)硬巖地區(qū)采用直眼掏槽的大藥量、大進(jìn)尺的光面爆破，此類(lèi)爆破雖然可以加快施工效率和施工進(jìn)程，但是由于爆破過(guò)程中爆破對(duì)巖體產(chǎn)生的破壞以及不同的炮層中起爆順序不同，在爆破眼位的起爆過(guò)程中會(huì)對(duì)開(kāi)挖的掌子面等部位造成載荷的劇烈變化，由于巨大的力學(xué)傳動(dòng)以及各爆破孔應(yīng)力的累加，會(huì)產(chǎn)生大量不同來(lái)源，不同方向，不同效果的應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)在微觀上對(duì)圍巖造成影響，使圍巖的累積不斷加劇從而造成損傷，同時(shí)也由于上述原因再加上爆破產(chǎn)生的震動(dòng)以及對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的破壞也使得原本巖體中的力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生大量的變化，巖類(lèi)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大量的裂縫，這些裂縫在各種應(yīng)力的作用下瞬間大量拓展，其中也伴隨著微觀結(jié)構(gòu)上巖體細(xì)微顆粒的不停作用便會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的巖爆現(xiàn)象。

2 對(duì)巖爆造成影響的因素

目前學(xué)者們進(jìn)行大量的研究，認(rèn)為在巖爆產(chǎn)生的過(guò)程中主要有五個(gè)因素在其中發(fā)揮著影響作用。第一是巖體間的初始的最大應(yīng)力與巖石單一方向的抗壓力能力的比值，通常情況下會(huì)大于一比七；第二是巖石本身對(duì)壓力的抵抗強(qiáng)度，以八十兆帕為準(zhǔn)；第三是巖石本身的完整狀態(tài)，是否具有天然的整體結(jié)構(gòu)；第四是隧道位置的深度，一般情況下巖爆現(xiàn)象在埋深較大的隧道施工中較為常見(jiàn)；第五是巖石本身處于較為干燥的狀態(tài)，且沒(méi)有與水接觸的其他途徑和方式。一般情況下，同時(shí)具備以上這些因素其中的三點(diǎn)就容易出現(xiàn)巖爆，而這些具有巖爆條件的工程里，發(fā)生巖爆概率的大小也與巖爆本身洞室的跨越程度有關(guān)，一般來(lái)講巖體洞室跨度與巖爆發(fā)生的幾率是呈正相關(guān)的關(guān)系來(lái)進(jìn)行的。

巖爆發(fā)生也與巖體本身的一些性質(zhì)以及巖體所處的狀態(tài)有所關(guān)聯(lián)。因?yàn)閹r爆特殊的產(chǎn)生方式，也就意味著巖爆現(xiàn)象對(duì)于巖體、圍巖中的各種應(yīng)力是極為敏感的。應(yīng)力的集中通常也是引發(fā)巖爆的主要原因，同時(shí)也決定了巖爆的烈度，影響著深度和廣度，因此應(yīng)力是影響巖爆的最大因素。一般來(lái)講發(fā)生巖爆現(xiàn)象都是應(yīng)為應(yīng)力過(guò)于集中造成的，在人為施工中，由于施工的方法等原因，會(huì)對(duì)天然形成的應(yīng)力平衡產(chǎn)生影響。破壞自然條件下產(chǎn)生的應(yīng)力平衡，加劇巖體或圍巖的受力情況，開(kāi)挖過(guò)程中所形成的隧道或洞室的形狀也與巖爆有著較為密切的關(guān)系，通過(guò)研究總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，圓形的洞室發(fā)生巖爆的概率要小于非圓形的，這是因?yàn)樵趹?yīng)力分析方面來(lái)看，圓形的洞室在應(yīng)力集中情況上集中的程度較小，而非圓形的情況中，應(yīng)力的集中和分散情況價(jià)位復(fù)雜，通常情況下在拐點(diǎn)中有著較高的應(yīng)力集中，因此應(yīng)力集中的原因和巖爆的產(chǎn)生原因也與這些條件有著一定的關(guān)聯(lián)。此外在爆破過(guò)程中也會(huì)對(duì)巖爆產(chǎn)生一定的影響，爆破過(guò)程中一些應(yīng)力的傳遞會(huì)以波的形式進(jìn)行，各種勢(shì)能和力的波傳遞勢(shì)必會(huì)給原本的巖體或圍巖造成影響，對(duì)本身受力勉強(qiáng)達(dá)到平衡狀態(tài)的巖石來(lái)講，這樣的力學(xué)傳遞在巖石內(nèi)部就會(huì)被破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，也就導(dǎo)致了巖爆現(xiàn)象的發(fā)生。

3 巖爆防治措施

3.1 改善圍巖物理力學(xué)特性

在施工中，若判定圍巖特性是誘發(fā)巖爆的主要因素，其防治措施主要有：爆破前加強(qiáng)底部裝藥，適度炸裂掌子面前方圍巖，在未開(kāi)挖洞段圍巖內(nèi)產(chǎn)生裂縫，提前誘發(fā)圍巖應(yīng)力的調(diào)整和釋放；爆破后立即向掌子面及附近洞壁噴灑高壓水，以降低周邊圍巖的地溫場(chǎng)，從而控制巖石在開(kāi)挖后的過(guò)度膨脹。

3.2 應(yīng)力解除

對(duì)于以高地應(yīng)力為主要誘因的巖爆，重點(diǎn)應(yīng)放在超前圍巖地應(yīng)力調(diào)整上，目前，常用的方法主要有超前地應(yīng)力驅(qū)除爆破和鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔兩種，在極強(qiáng)巖爆條件下的應(yīng)力接觸爆破施工方案如圖1所示。超前地應(yīng)力驅(qū)除爆破是通過(guò)超前預(yù)爆破，致使掌子面前方待開(kāi)挖洞段及對(duì)應(yīng)的隧道周邊一定范圍內(nèi)巖體產(chǎn)生裂隙，從而使很高的原始地應(yīng)力提前進(jìn)行分異和調(diào)整。應(yīng)力釋放孔包括超前應(yīng)力釋放孔和周邊圍巖應(yīng)力釋放孔，改善已開(kāi)挖或待開(kāi)挖洞段的坑道受力狀況，有效地降低巖爆產(chǎn)生。

3.3 加固圍巖

當(dāng)隧道開(kāi)挖后，將引起一定范圍內(nèi)的圍巖應(yīng)力重分布和高地應(yīng)力的釋放，在高地應(yīng)力未完全釋放前，從外界及時(shí)給開(kāi)挖后的巖石施加一個(gè)力，去改善和平衡隧道周邊分布的地應(yīng)力。由于錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)、格柵鋼架柔性好，它能與圍巖共同變形，構(gòu)成一個(gè)共同工作的承載體系，調(diào)整圍巖應(yīng)力，抑制圍巖變形發(fā)展，避免巖爆的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

巖爆盡管在性質(zhì)上有著突發(fā)性偶發(fā)性等特點(diǎn)，但是在形成中并非毫無(wú)規(guī)律，只要掌握了科學(xué)的方法對(duì)巖爆現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)先的因素收集，就能夠?qū)r爆現(xiàn)象進(jìn)行足夠的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)工作，并根據(jù)結(jié)果合理規(guī)劃整個(gè)工程，以減少巖爆現(xiàn)象產(chǎn)生的各種不利影響。

參考文獻(xiàn)

[1]何洋.隧道巖爆綜合防治施工技術(shù)措施[J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）.

[2]宋金貴.巖爆地段隧道施工技術(shù)措施淺析[J].卷宗，2016，6（12）.

[3]王嘉.隧道施工巖爆預(yù)防措施探討[J].低碳世界，2016（30）.