深埋隧道巖爆特征分析與綜合防治技術(shù)
--以成蘭鐵路平安隧道為例

李建高， 唐澤林

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司， 廣東 深圳 518000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地下資源開發(fā)、地下基礎(chǔ)建設(shè)正以前所未有的速度向深部發(fā)展。其中，隨著埋深的增加以及構(gòu)造應(yīng)力的影響，深埋隧道將穿越地層復(fù)雜的高地應(yīng)力區(qū)。

巖爆是指在開挖或其他外界擾動下，深部或高構(gòu)造應(yīng)力巖體中聚積的彈性變形勢能突然釋放，導(dǎo)致圍巖爆裂、彈射的動力現(xiàn)象[1-3]。目前，如何有效地控制巖爆的發(fā)生是地下工程施工所面臨的長期性難題。國內(nèi)外大量學(xué)者對巖爆的機(jī)制、特征、預(yù)警、防治等開展了深入的研究。馮夏庭等[4]綜合利用微震監(jiān)測技術(shù)與聲發(fā)射技術(shù)，重點(diǎn)研究了隧道巖爆的產(chǎn)生機(jī)制，揭示了不同類型巖爆孕育機(jī)制和不同類型巖爆的微震演化規(guī)律。馮建軍[5]對二郎山隧道建設(shè)過程中的巖爆特征進(jìn)行了描述，提出巖爆聲響發(fā)生特征，輕微巖爆的聲響較為清脆，強(qiáng)烈?guī)r爆的聲響較為沉悶。李天斌等[6]采用隧道巖爆物理模型試驗(yàn)，對高應(yīng)力區(qū)隧道的巖爆發(fā)生征兆、圍巖脆性破壞、顆粒彈射、碎塊剝落和裂縫擴(kuò)展等巖爆破壞特征進(jìn)行了闡述。馬天輝等[7]采用微震監(jiān)測技術(shù)作為巖爆監(jiān)測預(yù)警手段，通過對比現(xiàn)場實(shí)際情況和微震監(jiān)測結(jié)果，研究了巖爆的產(chǎn)生機(jī)制并提出了相應(yīng)的巖爆預(yù)測方法。汪波等[8]在研究錨桿支護(hù)對蒼嶺隧道巖爆控制效果的基礎(chǔ)上，對錨桿預(yù)應(yīng)力、錨桿間距進(jìn)行了優(yōu)化，提出了巖爆段錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則。陳緒文等[9]依托米倉山隧道巖爆段的施工，通過對硬巖隧道整體自穩(wěn)性及巖爆特點(diǎn)的分析，提出以柔性支護(hù)為基礎(chǔ)、以巖爆預(yù)測、松動圈測試和柔性網(wǎng)防護(hù)為保證措施的快速施工技術(shù)。張照太等[10]統(tǒng)計(jì)分析了TBM施工過程中的巖爆特征。謝良濤等[11]討論了巖爆潛在發(fā)生范圍與圍巖力學(xué)特性的聯(lián)系,并研究了巖體脆性、巖體強(qiáng)度特征對巖爆發(fā)生范圍的影響。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對巖爆機(jī)制、監(jiān)測、防治等進(jìn)行了深入的研究，但關(guān)于施工現(xiàn)場巖爆發(fā)生特征的研究還不夠全面和深入，而隧道巖爆發(fā)生特征是研究巖爆發(fā)生機(jī)制、預(yù)測以及防治的重要因素。本文就成蘭鐵路平安隧道現(xiàn)場發(fā)生的巖爆特征進(jìn)行總結(jié)，分析不同時(shí)段、不同隧道部位、不同等級以及不同洞段的巖爆發(fā)生特征；同時(shí)，基于平安隧道的施工實(shí)踐，從工藝工法、爆破參數(shù)、設(shè)備配套等方面，提出"防、治、監(jiān)"相結(jié)合的巖爆綜合防治技術(shù)。

1 工程概況

成蘭鐵路全長457.6 km,位于四川、甘肅兩省境內(nèi)，平安隧道是成蘭鐵路最重要的控制性工程，隧道全長28.428 km，位于四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣境內(nèi)桃花寨溝與太平溝之間，是我國目前西南山區(qū)已貫通的最長鐵路隧道。平安隧道地理位置如圖1所示。隧道左線進(jìn)口里程為D8K151+758，出口里程為D8K180+186，全長28.428 km；隧道右線進(jìn)口里程為YD8K151+735，出口里程為YD8K180+135，全長28.40 km。隧道最低高程為1 690 m，最高高程為4 200 m，相對高差為 2 510 m，最大埋深為1 720 m，如圖2所示。隧道按新奧法原理組織施工，采用光面爆破，噴錨初期支護(hù)，噴射混凝土采用濕噴工藝，隧道開挖斷面及型鋼鋼架立面如圖3所示。左右線間距為30～40 m，單線隧道Ⅱ、Ⅲ級圍巖段落采用全斷面法開挖；Ⅳ級圍巖段采用臺階法開挖；Ⅴ級圍巖段落采用臺階法加臨時(shí)橫撐開挖。

圖1 平安隧道地理位置

平安隧道地質(zhì)情況極其復(fù)雜，隧址區(qū)屬剝蝕深切割高中山峽谷地貌，溝谷縱橫，局部為陡壁，橫穿龍?zhí)翜稀⑹箨P(guān)等多條間溪流，并伴行岷江活動斷裂，距岷江活動斷裂3～4 km，受其影響隧址范圍內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，施工揭示圍巖以砂巖、灰?guī)r為主，天然抗壓強(qiáng)度最高達(dá)127.7 MPa，實(shí)測最大水平主應(yīng)力為31.5 MPa。隧址區(qū)內(nèi)地表水主要為山間溪溝水及岷江水，均屬岷江水系，地下水以孔隙水和裂隙水為主，裂隙水分為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水，可溶巖段落為巖溶水。經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，平安隧道發(fā)生巖爆段落的巖性以砂巖、灰?guī)r為主，多呈深灰色、灰色、青灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀、局部夾厚層狀，巖層傾角水平-陡傾狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，圍巖致密，巖體完整，干燥無水，受區(qū)域構(gòu)造影響，存在高地應(yīng)力。從巖爆的等級來看，大多為中等-強(qiáng)烈?guī)r爆。巖爆發(fā)生時(shí)多有剝離、彈射現(xiàn)象，現(xiàn)場爆坑呈不規(guī)則形狀，大多為1～3 m，不同圍巖級別均有巖爆發(fā)生，平安隧道累計(jì)發(fā)生不同程度巖爆4 875 m。在穿越堅(jiān)硬完整的圍巖段落，受強(qiáng)烈復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動、高地應(yīng)力、不利結(jié)構(gòu)面等因素的影響，巖爆問題十分突出，對隧道施工安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

圖2 平安隧道地質(zhì)縱斷面

(a) 開挖斷面圖(單位： cm)

(b) 型鋼鋼架立面圖(單位： mm)

2 平安隧道巖爆發(fā)生的主要特征

2.1 巖爆發(fā)生時(shí)段特征

從發(fā)生的時(shí)間來看，巖爆分為即時(shí)型巖爆和時(shí)滯型巖爆[12]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，平安隧道80%左右的巖爆發(fā)生在開挖后3 h內(nèi)，部分強(qiáng)烈?guī)r爆持續(xù)到開挖后5 h內(nèi)，局部段落支護(hù)后1～2個(gè)月內(nèi)都能聽到巖爆聲響，具有一定的滯后效應(yīng)。說明平安隧道巖爆以即時(shí)型巖爆為主，局部段落存在時(shí)滯型巖爆。

2.1.1 即時(shí)型巖爆特點(diǎn)

即時(shí)型巖爆是指開挖卸荷效應(yīng)影響過程中，完整、堅(jiān)硬圍巖中發(fā)生的巖爆[13]。在施工過程中，平安隧道的即時(shí)型巖爆均在開挖卸荷后的3 h內(nèi)發(fā)生，發(fā)生的地質(zhì)條件為高地應(yīng)力下的堅(jiān)硬圍巖段落。對存在硬性結(jié)構(gòu)面的地段，即使是零星的硬性結(jié)構(gòu)面，也會誘發(fā)高等級的巖爆。經(jīng)過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，硬性結(jié)構(gòu)面對爆坑的邊界起到至關(guān)重要的控制作用，而巖爆發(fā)生位置分布在隧道掌子面、拱頂、側(cè)墻、拱腳和隧底，說明即時(shí)型巖爆的發(fā)生取決于圍巖的應(yīng)力集中水平、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)面狀況，而與隧道位置關(guān)聯(lián)度不高。

2.1.2 時(shí)滯型巖爆特點(diǎn)

時(shí)滯型巖爆是指深埋隧道高應(yīng)力區(qū)開挖卸荷及應(yīng)力調(diào)整平衡后，在外界擾動作用下發(fā)生的巖爆[10]。該類型巖爆發(fā)生的區(qū)域可以較好地預(yù)測、預(yù)報(bào)，但發(fā)生的時(shí)間具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，難以準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測與預(yù)報(bào)。在施工過程中借助于先行洞的特征，結(jié)合隧道洞周的位移資料(支護(hù)后的變形數(shù)據(jù)有無突變)、初期支護(hù)混凝土、鋼架的受力情況(受力是否陡增、突變)，對平安隧道的巖爆是否為時(shí)滯型進(jìn)行判別，選取YD8K168+893斷面的位移監(jiān)測曲線進(jìn)行時(shí)滯型巖爆分析，如圖4所示。

圖4 斷面YD8K168+893監(jiān)測曲線圖

開挖卸荷后的第13天，斷面YD8K168+893發(fā)生了時(shí)滯型強(qiáng)烈?guī)r爆，經(jīng)過現(xiàn)場勘查，在巖爆發(fā)生處，原生的結(jié)構(gòu)面豐富，結(jié)構(gòu)面類型以與洞軸線成小夾角的隱性結(jié)構(gòu)面為主，節(jié)理、裂隙等走向雜亂。由圖4可知，在支護(hù)初期，圍巖變形速率穩(wěn)定，在時(shí)滯性巖爆發(fā)生前，有一個(gè)明顯的"平靜期"；巖爆滯后效應(yīng)發(fā)生時(shí)，圍巖變形數(shù)據(jù)突變，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)局部破壞，破壞方式以拉剪混合型破壞為主；巖爆發(fā)生后，圍巖再次進(jìn)入穩(wěn)定期。統(tǒng)計(jì)平安隧道不同斷面時(shí)滯型巖爆發(fā)生時(shí)間及位置發(fā)現(xiàn)，時(shí)滯型巖爆一般發(fā)生在隧道掌子面開挖爆破擾動范圍之外，80%的時(shí)滯型巖爆時(shí)間上滯后該區(qū)開挖時(shí)間的1～60 d，空間上在距離掌子面80 m的范圍內(nèi)。

2.2 巖爆部位特征

通過對平安隧道巖爆現(xiàn)場破壞位置的勘查統(tǒng)計(jì)，得出巖爆易發(fā)部位主要有以下4種：

1)當(dāng)掌子面圍巖完整性較好，無明顯裂隙時(shí)，巖爆易發(fā)生于掌子面待循環(huán)開挖段和已開挖支護(hù)段的兩側(cè)拱腰，如圖5所示。

2)當(dāng)掌子面圍巖節(jié)理發(fā)育、不規(guī)則時(shí)，巖爆易發(fā)生于彎曲凹陷部位，如圖6所示。

3)當(dāng)圍巖一側(cè)相對較破碎，另一側(cè)圍巖整體性好且?guī)r層強(qiáng)度較高時(shí)，在其交接線位置易產(chǎn)生巖爆，如圖7所示。

(a)

(b)

(c)

4)當(dāng)掌子面圍巖為硬質(zhì)砂巖，巖層產(chǎn)狀多樣且雜亂時(shí)，巖爆發(fā)生部位不具備明顯規(guī)律性。

2.3 不同等級巖爆特征

通過對平安隧道的巖爆深度、聲響、彈射距離等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出不同等級巖爆表現(xiàn)特征及對施工的影響如下：

1)輕微巖爆特征。圍巖表層有脫落、剝離現(xiàn)象，內(nèi)部有噼啪、撕裂聲，人耳偶然可聽到，無彈射現(xiàn)象；主要表現(xiàn)為洞頂?shù)呐?、松脫破裂和?cè)壁的劈裂、松脹、隆起等； 巖爆零星間斷發(fā)生，影響深度小于0.5 m；對施工影響較小。

(a)

(b)

(a)

(b)

2)中等巖爆特征。圍巖爆裂脫落、剝離現(xiàn)象較嚴(yán)重，有少量彈射，破壞范圍明顯； 有似雷管爆破的清脆爆裂聲，人耳?？陕牭絿鷰r內(nèi)的巖石撕裂聲；有一定持續(xù)時(shí)間，影響深度0.5～1 m；對施工有一定影響。

3)強(qiáng)烈?guī)r爆特征。圍巖大片爆裂脫落，出現(xiàn)強(qiáng)烈彈射，發(fā)生巖塊的拋射及巖粉噴射現(xiàn)象；有似爆破的爆裂聲，聲響強(qiáng)烈；持續(xù)時(shí)間長，并向圍巖深度發(fā)展，破壞范圍較大，影響深度1～3 m，對施工影響大。

2.4 左右線巖爆洞段施工情況及巖爆特征

平安隧道大致沿岷江傍山而行，右線位于靠山側(cè)，左線靠近岷江，根據(jù)縱斷面及埋深統(tǒng)計(jì)，在同一里程左線埋深約小于右線30 m。巖爆發(fā)生工區(qū)輔助坑道均設(shè)在線路左側(cè)，左線為先行洞，較右線提前3個(gè)月貫通，左右線巖爆發(fā)生情況見表1。

表1 平安隧道左右線巖爆發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)

1)主要施工工序?yàn)椋?加深炮眼注水-鉆眼(含加深炮眼)-過程中再次注水軟化圍巖-鉆眼-爆破-噴射高壓水軟化圍巖-噴射混凝土封閉掌子面及裸露巖面-出碴-注水軟化圍巖、噴射高壓水-支護(hù)(過程中再次注水)-下一循環(huán)。左右線工序錯(cuò)開，左線鉆眼時(shí)，一般右線處于出碴工序，相同工序間隔時(shí)間5～8 h。后行洞右線施工時(shí)對左線有二次擾動，偶爾會引起左線再次發(fā)生輕微巖爆，導(dǎo)致初期支護(hù)混凝土局部脫落、剝離。為防止右線掌子面開挖時(shí)對先行洞左線二次襯砌造成影響，需要控制左右線掌子面的距離，使右線開挖支護(hù)處于左線襯砌施工前完成，根據(jù)巖爆的等級及圍巖級別，一般兩掌子面距離控制在30～80 m。

2)平安隧道左右線巖爆段落情況為： 左線累計(jì)發(fā)生巖爆2 315 m，右線累計(jì)發(fā)生巖爆2 560 m，右線巖爆段落情況較左線嚴(yán)重。輕微巖爆埋深多集中于800 m以下,中等巖爆埋深多集中于800～1 200 m,強(qiáng)烈?guī)r爆埋深多集中于1 000 m以上。其中，左線累計(jì)發(fā)生輕微巖爆495 m，中等巖爆1 310 m，即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆510 m；右線累計(jì)發(fā)生輕微巖爆457 m，中等巖爆1 510 m，即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆476 m，時(shí)滯型強(qiáng)烈?guī)r爆117 m。

3)平安隧道左右線巖爆破壞程度為： 右線巖爆破壞程度較左線嚴(yán)重，右線部分強(qiáng)烈?guī)r爆段拋射巖塊體量達(dá)到50 m3，拋射距離最遠(yuǎn)達(dá)30 m，強(qiáng)烈?guī)r爆導(dǎo)致右線初期支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，拱架嚴(yán)重扭曲變形，局部出現(xiàn)嚴(yán)重垮塌。

4)在右線貫通前50 m形成中巖柱，由于應(yīng)力集中和能量集聚，發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r爆，如圖8所示。

3 巖爆綜合防治技術(shù)

在前期施工過程中，由于巖爆預(yù)判、預(yù)防、治理措施均處于試驗(yàn)探索階段，無有效的防治措施，導(dǎo)致該巖爆段施工過程中出現(xiàn)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞和巖爆安全事故。在后期施工中遵循"先放后抗,抗放結(jié)合,錨固加強(qiáng)"的變形控制理念[14]和以防為主、防治結(jié)合、優(yōu)化工法、加強(qiáng)監(jiān)測的綜合防治原則，采取了多項(xiàng)巖爆防治措施、支護(hù)形式優(yōu)化手段(見表2)，應(yīng)用效果顯著，再無結(jié)構(gòu)破壞及大的巖爆安全事故發(fā)生。

3.1 提前采取措施釋放能量，減緩、減輕巖爆

1)掌子面打應(yīng)力釋放孔，釋放開挖卸荷聚集的圍巖應(yīng)變能。為釋放開挖卸荷導(dǎo)致的圍巖應(yīng)變能聚集，在掌子面處施作長短結(jié)合的超前應(yīng)力釋放孔，應(yīng)力釋放孔孔徑為90～110 mm，一般為5～10孔，具體孔數(shù)根據(jù)巖爆等級不同而適當(dāng)調(diào)整。應(yīng)力釋放孔沿開挖外輪廓線內(nèi)1.5 m范圍均勻布設(shè)，外插角為8°～12°，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，每3 m施作1次，單次施作長度為35 m。

(a) D8K168+295強(qiáng)烈?guī)r爆

(b) YD8K168+805強(qiáng)烈?guī)r爆

2)灌注高壓水，軟化圍巖，釋放原巖應(yīng)力。為釋放原巖應(yīng)力，利用超前應(yīng)力釋放孔和加深炮眼向深部巖體注水，單孔單次注水量以孔內(nèi)大量高壓水反向溢出為準(zhǔn)，在開挖前、開挖過程中、支護(hù)前、支護(hù)過程中分別注水1次；爆破后向裸露巖面及碴堆噴灑高壓水，重點(diǎn)是裸露的基巖面，以巖面充分濕潤為準(zhǔn)，每間隔10～15 min噴灑1次，整個(gè)出碴工序可噴灑3～5次。該方法能達(dá)到降低巖石強(qiáng)度和彈性模量的效果，提高巖體的塑性變形能力，能較好地減緩、減輕巖爆的效果。

3)在強(qiáng)烈?guī)r爆位置，采用松動爆破法、超前鉆孔預(yù)爆法等加強(qiáng)能量的釋放。

3.2 優(yōu)化爆破參數(shù)，提高開挖斷面圓順度，降低巖爆的強(qiáng)度

3.2.1 加深炮孔，達(dá)到釋放應(yīng)力的效果

為釋放圍巖應(yīng)力，對炮孔進(jìn)行加深處理，加深炮孔按10～15孔布設(shè)。同時(shí)動態(tài)調(diào)整爆破參數(shù)，提升光爆效果，避免隧洞表面凹凸不平而引起的應(yīng)力集中和能量集聚。針對爆破設(shè)計(jì)，現(xiàn)場做了多次試驗(yàn)，對爆破參數(shù)進(jìn)行多次優(yōu)化，將周邊眼間距從55 cm調(diào)整到35 cm；周邊眼最小抵抗線由75 cm調(diào)整到50～55 cm；對周邊眼的裝藥方式進(jìn)行調(diào)整，將整節(jié)炸藥分為2段，并進(jìn)行間隔裝藥；中部分段起爆，以盡可能減少爆破對圍巖的影響，同時(shí)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺和裝藥量(降低擾動)，通過對爆破參數(shù)的調(diào)整，使開挖斷面圓順，減少了應(yīng)力的集中。具體爆破參數(shù)設(shè)計(jì)見表3-5。與原常規(guī)爆破參數(shù)相比，調(diào)整爆破參數(shù)后巖爆發(fā)生時(shí)拋射的巖塊粒徑和距離明顯減小，巖體拋射現(xiàn)象降低約10%，有效降低了巖爆的強(qiáng)度。

表2 平安隧道巖爆綜合防治措施統(tǒng)計(jì)

3.2.2 采用短進(jìn)尺帶仰拱的隧道機(jī)械化開挖與全環(huán)支護(hù)施工工法，減少對圍巖的擾動

通過對隧道全環(huán)開挖時(shí)不同進(jìn)尺的施工進(jìn)行模擬計(jì)算和現(xiàn)場試驗(yàn)，中等巖爆進(jìn)尺選用2.0～2.5 m，強(qiáng)烈?guī)r爆進(jìn)尺選用1.5～2.0 m。在隧道開挖工作面鉆孔測量放線完成后，利用鑿巖臺車對隧道全斷面(含仰拱)一次鉆孔并爆破開挖成型，拱墻初期支護(hù)與仰拱初期支護(hù)同時(shí)施作，仰拱初期支護(hù)施工完成后，仰拱用洞碴回填至掌子面附近，預(yù)留鑿巖臺車推進(jìn)梁鉆眼位置等作業(yè)平臺。后期將回填的洞碴運(yùn)走，再施工仰拱襯砌及填充，依次循環(huán)作業(yè)。實(shí)現(xiàn)隧道全斷面一次開挖成型、初期支護(hù)快速封閉成環(huán)、避免多次爆破對圍巖的頻繁擾動。

表3 輕微巖爆爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

表4 中等巖爆爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

表5 強(qiáng)烈?guī)r爆段爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3 分級治理、動態(tài)調(diào)整支護(hù)形式防治巖爆

平安隧道首次巖爆段落為D8K169+000～D8K168+950，現(xiàn)場進(jìn)行了3次支護(hù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，主要調(diào)整情況如下。

1)2015年1月12日，首次巖爆措施： 常規(guī)錨網(wǎng)支護(hù)+拱墻格柵拱架支護(hù)。

2)2015年1月23日，第2次巖爆措施調(diào)整： 加強(qiáng)型錨網(wǎng)支護(hù)(5 m長錨桿)+全環(huán)格柵拱架支護(hù)。

3)2015年2月5日，第3次巖爆措施調(diào)整： 加強(qiáng)型錨網(wǎng)支護(hù)(5 m長錨桿)+全環(huán)I18型鋼拱架支護(hù)。

通過3次措施的及時(shí)調(diào)整，巖爆得到了初步防治。后期在支護(hù)措施上，根據(jù)不同等級巖爆類型采取分級治理、動態(tài)調(diào)整的防治理念，提出巖爆災(zāi)害控制的動靜組合支護(hù)原理,相應(yīng)提出預(yù)留錨固方式、動靜組合錨桿等關(guān)鍵技術(shù)[15]，主要為輕微巖爆采用錨網(wǎng)支護(hù)；中等巖爆采用錨網(wǎng)支護(hù)+I16型鋼鋼架(鋼架間距1.2 m)；即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆采用錨網(wǎng)支護(hù)+I18型鋼鋼架(鋼架間距1.0 m)；時(shí)滯性強(qiáng)烈?guī)r爆采用錨網(wǎng)支護(hù)+I18型鋼鋼架(鋼架間距1.0 m)+鋼筋混凝土襯砌。同時(shí)，通過對巖爆段初期支護(hù)后洞周位移、圍巖壓力、初期支護(hù)混凝土應(yīng)力、拱架應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，合理優(yōu)化。

3.4 加強(qiáng)巖爆段支護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)監(jiān)測

巖爆段施工監(jiān)測項(xiàng)目見表6。

表6 巖爆段落監(jiān)測項(xiàng)目

隧道洞周圍巖位移是隧道施工力學(xué)變化的直接反映，直觀地反映初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)可作為時(shí)滯型巖爆判識的重要依據(jù)。圍巖壓力、初期支護(hù)混凝土應(yīng)力監(jiān)測可掌握施工過程中施加于初期支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖荷載大小，分析評估初期支護(hù)的安全度。

拱架應(yīng)力監(jiān)測可掌握初期支護(hù)鋼架在施工過程中的受應(yīng)力狀態(tài)，并對比型鋼的極限承載，評估初期支護(hù)的安全性及穩(wěn)定性。巖爆段初期支護(hù)完成后，通過對洞周位移、圍巖壓力、初期支護(hù)混凝土應(yīng)力、拱架應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并作為二次襯砌施作時(shí)機(jī)的依據(jù)，確保襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。

4 結(jié)論與建議

本文依托成蘭鐵路平安隧道，總結(jié)分析了不同時(shí)段、不同隧道部位、不同等級、不同洞段的巖爆發(fā)生特征，提出"防、治、監(jiān)"相結(jié)合的巖爆綜合防治處理技術(shù)是可行的、有效的。主要結(jié)論如下：

1)巖爆的發(fā)生取決于圍巖的應(yīng)力集中水平、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)面狀況，硬性結(jié)構(gòu)面對誘發(fā)高等級的巖爆起到至關(guān)重要的作用。

2)當(dāng)無明顯裂隙時(shí)，巖爆易發(fā)生于掌子面待循環(huán)開挖段及開挖支護(hù)段的兩側(cè)拱部；當(dāng)掌子面圍巖節(jié)理發(fā)育、不規(guī)則時(shí)，巖爆易發(fā)生于彎曲凹陷部位；當(dāng)圍巖一側(cè)相對較破碎另一側(cè)圍巖整體性完整時(shí)，在其交接線位置易產(chǎn)生巖爆。通過對隧道全環(huán)開挖不同進(jìn)尺的施工試驗(yàn)，中等巖爆進(jìn)尺選用2.0～2.5 m，強(qiáng)烈?guī)r爆進(jìn)尺選用1.5～2.0 m為宜。

3)根據(jù)巖爆的等級及圍巖級別，采用左右線隧道掌子面距離控制在30～80 m、工序錯(cuò)開5～8 h的施工措施，能有效降低人為引發(fā)巖爆的數(shù)量和程度，防止后行洞開挖對先行洞二次襯砌造成影響。

4)巖爆段施工中，通過采取措施釋放圍巖能量、優(yōu)化爆破參數(shù)、分級治理、動態(tài)調(diào)整支護(hù)形式、加強(qiáng)巖爆動態(tài)監(jiān)測等"防、治、監(jiān)"相結(jié)合的巖爆綜合防治技術(shù)體系，有效減少了巖爆的次數(shù)，降低了巖爆的強(qiáng)度，減小了巖爆的危害，綜合成效顯著，實(shí)現(xiàn)了巖爆段的安全快速施工。

本文對于現(xiàn)場巖爆特征進(jìn)行了詳盡的研究與分析，而巖爆理論部分有所欠缺，后續(xù)應(yīng)結(jié)合正在建設(shè)的大型隧道工程，開展工程試驗(yàn)，進(jìn)行高地應(yīng)力環(huán)境下巖爆的室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)和數(shù)值試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)總結(jié)出考慮結(jié)構(gòu)面、溫度場等硬巖巖爆的理論模型，便于現(xiàn)場總結(jié)、分析，提升巖爆等級的判識精度。同時(shí)，巖爆段的支護(hù)參數(shù)應(yīng)采取寧強(qiáng)勿弱的原則，避免出現(xiàn)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致鋼架拆除等安全質(zhì)量隱患。