超大深埋隧道巖爆防治技術(shù)探討

但功恩

重慶蜀通巖土工程有限公司 重慶 401147

引言

對目前的工程建設(shè)做分析可知，出于工程建設(shè)質(zhì)量和安全考慮，需要對工程施工技術(shù)等進(jìn)行分析，同時(shí)要對技術(shù)的應(yīng)用注意事項(xiàng)等做思考，這樣，工程建設(shè)中的技術(shù)利用實(shí)效會更加顯著[1]。對深埋隧道施工進(jìn)行分析可知，巖爆問題是施工中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，一方面是巖爆問題對施工的整體影響巨大，另一方面是巖爆問題的處理效果不良會導(dǎo)致人員、財(cái)產(chǎn)等受到威脅，所以在實(shí)踐中，全面認(rèn)知巖爆問題，并基于巖爆問題的發(fā)生機(jī)理以及發(fā)生規(guī)律等制定巖爆問題的預(yù)防措施體系，同時(shí)制定巖爆問題的處理方案這樣，超大深埋隧道施工的安全性、可靠性等會顯著提升。簡言之，強(qiáng)調(diào)超大深埋隧道施工中的巖爆防治技術(shù)分析有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 巖爆概述

在超大深埋隧道的施工中要有效地進(jìn)行巖爆問題防治，首先需要了解什么是巖爆[2]。從概念解釋來看，所謂的巖爆指的是地下開采的深部或構(gòu)造應(yīng)力很高的區(qū)域，在臨空巖體中發(fā)生突發(fā)式破壞的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象也稱為巖爆。發(fā)生的原因是臨空巖體積聚的應(yīng)變能突然而猛烈地全部釋放，致使巖體發(fā)生像爆炸一樣的脆性斷裂。沖擊地壓造成大量巖石崩落，并產(chǎn)生巨大聲響和氣浪沖擊，不但可將礦井破壞，而且震動波可危及地面建筑物。簡單來講，在超大深埋隧道的施工過程中，巖爆問題的出現(xiàn)會對施工造成巨大的影響，所以了解巖爆的機(jī)理以及條件，并針對性的做巖爆的防治，這于實(shí)踐來講幫助巨大。

2 超大深埋隧道巖爆問題的發(fā)生

結(jié)合目前的實(shí)踐做分析，超大深埋隧道巖爆問題的發(fā)生主要與兩方面因素有關(guān)，以下是對兩方面因素的具體分析。

首先是巖體自身的結(jié)構(gòu)。對巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在一般狀態(tài)下，巖體的受力是比較均衡的，所以其會維持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)[3]。在進(jìn)行深挖隧道施工的時(shí)候，因?yàn)閹r體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，所以巖體內(nèi)部的應(yīng)力會出現(xiàn)向某個(gè)方向集聚的情況，當(dāng)集聚的應(yīng)力超過了隧道支撐結(jié)構(gòu)的支撐極限時(shí)，應(yīng)力的巨大作用會導(dǎo)致巖體發(fā)生崩壞，這樣一來，巖爆現(xiàn)象便發(fā)生了。對目前的工程實(shí)踐進(jìn)行分析可知，在超大深埋隧道的施工過程中，巖爆事故的發(fā)生中有超過50%的事故與巖體自身結(jié)構(gòu)的崩壞有顯著關(guān)系。簡言之，巖體自身結(jié)構(gòu)的崩壞是造成巖爆的主要原因之一，所以在超大深埋隧道的施工過程中，強(qiáng)調(diào)巖體結(jié)構(gòu)崩壞的預(yù)測和預(yù)防，這對于解決巖爆問題有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

其次是施工要素。所謂的施工要素具體指的是在深埋隧道的施工過程中，因?yàn)槭┕ぴ?，比如施工不?guī)范或者是超負(fù)荷施工等引發(fā)了巖爆問題。一般來講，超大深埋隧道的施工過程中，施工的具體規(guī)范和要求會在施工開始之前進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，具體的施工需要嚴(yán)格執(zhí)行施工規(guī)范，這樣，最終的施工結(jié)果才會向預(yù)期的方向發(fā)展。對現(xiàn)階段的超大深埋隧道施工做分析可知，在施工的過程中，部分工程的具體展開存在著監(jiān)管不力等現(xiàn)象，在失去了專業(yè)監(jiān)管之后，具體的施工便出現(xiàn)了操作不規(guī)范等問題，這些問題的出現(xiàn)容易引發(fā)巖爆事故[4]。簡單來講，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工可以將巖爆的發(fā)生率控制在一定的范圍內(nèi)，但是因?yàn)椴糠质┕]有按照要求進(jìn)行，所以巖爆的發(fā)生率會增加，這會給具體的施工帶來諸多不便。簡單來講，在超大深埋隧道的施工過程中，強(qiáng)調(diào)專業(yè)、規(guī)范施工有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，因此在實(shí)踐中需要對其進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。

3 超大深埋隧道巖爆防治技術(shù)與應(yīng)用

結(jié)合目前的實(shí)踐做分析可知，超大深埋隧道巖爆問題對深埋隧道的安全施工有顯著影響，因此在實(shí)踐中需要討論巖爆防治技術(shù)，并要強(qiáng)調(diào)技術(shù)的有效利用，這樣，超大深埋隧道施工中的巖爆問題可以得到有效控制。就目前的實(shí)踐分析來看，深埋隧道巖爆防治工作的開展需要從如下幾個(gè)方面進(jìn)行。

3.1 詳細(xì)調(diào)查，獲取資料

就超大深埋隧道的巖爆防治來看，必須要強(qiáng)調(diào)的工作內(nèi)容之一是詳細(xì)調(diào)查，獲取資料。結(jié)合實(shí)踐情況做分析可知，巖土工程項(xiàng)目的施工必須要對巖體結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境等做詳細(xì)的調(diào)查，這可以為后續(xù)的施工方案設(shè)計(jì)等提供資料。就深埋隧道的巖爆問題分析來看，其不僅與巖土結(jié)構(gòu)有顯著的關(guān)系，與周圍的情況，比如地表建筑情況等有顯著的關(guān)系，因此在施工方案制定之前需要做詳細(xì)的調(diào)查。就調(diào)查工作的開展來看，需要關(guān)注如下內(nèi)容：①巖體結(jié)構(gòu)的調(diào)查。巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查是資料調(diào)查中需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，在調(diào)查的過程中，一方面需要對巖體結(jié)構(gòu)的基本情況做了解，比如巖體種類、巖體的基本結(jié)構(gòu)等；另一方面需要對巖體結(jié)構(gòu)的特性做分析，比如巖體結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性等。通過巖體結(jié)構(gòu)的調(diào)查了解巖體本身的受力以及支撐情況，這對于后續(xù)的施工設(shè)計(jì)而言有顯著的參考價(jià)值[5]。②水文調(diào)查。主要是對施工區(qū)域的水文情況做分析，比如了解施工區(qū)域的地下水情況，如地下水水位情況，地下水的漲落變化規(guī)律等。掌握了地下水的變化情況，這對于分析地下水的影響、完善施工方案有突出價(jià)值。③施工區(qū)域地表調(diào)查，主要是對深埋隧道施工區(qū)域的地表情況做調(diào)查，比如調(diào)查地表建筑的分布情況，調(diào)查地表交通問題等，通過地表現(xiàn)狀調(diào)查了解地表建筑等對隧道施工的影響以及其對巖爆發(fā)生的影響，這對于細(xì)化施工方案，完善施工策略有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2 科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計(jì)施工

在綜合調(diào)查的基礎(chǔ)上對超大深埋隧道的具體施工進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，使施工方案具有科學(xué)性，這對于最終的施工安全保障來講有重要價(jià)值。就科學(xué)規(guī)劃和施工設(shè)計(jì)來看，需要強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容如下：①施工流程規(guī)劃。在施工的過程中，流程是施工穩(wěn)定的重要考慮要素，所以對施工流程進(jìn)行確定，這可以為具體的施工提供指導(dǎo)。就超大深埋隧道的具體施工來看，其主要包括了施工調(diào)查、施工設(shè)計(jì)、施工分析、施工組織與實(shí)施、施工評價(jià)等多個(gè)環(huán)節(jié)，對各個(gè)環(huán)節(jié)的工作范圍和責(zé)任進(jìn)行明確，并強(qiáng)調(diào)落實(shí)，這樣，施工的科學(xué)性和完整性可以得到加強(qiáng)。②施工方案設(shè)計(jì)。就施工方案設(shè)計(jì)來看，其中包括了技術(shù)設(shè)計(jì)、人員設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)分工等多項(xiàng)內(nèi)容，多施工方案當(dāng)中的具體內(nèi)容進(jìn)行分析與強(qiáng)調(diào)，保證方案本身具有科學(xué)性，這樣，方案對施工的指導(dǎo)作用會顯著加強(qiáng)[6]。③施工管理設(shè)計(jì)。在深埋隧道的施工過程中，為了規(guī)避施工問題，需要基于巖爆預(yù)防的要求對施工進(jìn)行管理，對管理的內(nèi)容、策略等進(jìn)行設(shè)計(jì)，這能夠?yàn)樽罱K的施工提供科學(xué)參考。

3.3 模擬分析，優(yōu)化施工方案

在施工方案確定之后，為了進(jìn)一步的對巖爆問題進(jìn)行預(yù)防，需要通過模擬分析的方式來確定巖爆問題的發(fā)生概率以及導(dǎo)致巖爆問題的具體原因[7]。現(xiàn)階段，動態(tài)模型分析技術(shù)獲得了比較廣泛的利用，在超大深埋隧道的巖爆問題防治中可以選用動態(tài)模型分析技術(shù)，利用相關(guān)的施工要求和獲取的施工區(qū)域數(shù)據(jù)資料構(gòu)建施工模型，并對模型中的具體參數(shù)等進(jìn)行變化，比如按照目前的施工方案進(jìn)行施工模擬，并基于結(jié)果判斷施工中巖爆問題的發(fā)生率。在獲得模擬結(jié)果之后對其進(jìn)行記錄，同時(shí)改變參數(shù)，比如改變施工過程中的設(shè)備規(guī)格參數(shù)或者是其他的參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上確定巖爆問題的發(fā)生情況。通過多次動態(tài)分析獲取巖爆問題數(shù)據(jù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)果和參數(shù)變化對導(dǎo)致巖爆問題的原因進(jìn)行更加具體的分析，這樣，施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容會更加的明確。簡單來講，在模擬分析的基礎(chǔ)上了解導(dǎo)致巖爆問題的具體因素，并討論方案中需要優(yōu)化的內(nèi)容，這樣可以獲得更具優(yōu)化效果的巖爆防治施工方案。

3.4 應(yīng)急預(yù)案制定，防控施工問題

對施工實(shí)踐進(jìn)行分析，施工方案的制定與實(shí)施，目的是提高施工的安全性以及質(zhì)量。需要注意的是，在施工的過程中，因?yàn)樯婕暗囊乇容^多，所以總是會出現(xiàn)一些不可控問題，這些問題的出現(xiàn)會導(dǎo)致施工出現(xiàn)意外，進(jìn)而發(fā)生巖爆或者是其他安全事故?；谑┕ぐ踩唾|(zhì)量考慮，在施工開始之前需要對可能發(fā)生的事故類型做分析，同時(shí)要對事故類型的具體解決做規(guī)劃，即要在施工開始之前制定施工問題應(yīng)急預(yù)案[8]。比如要針對巖爆問題發(fā)生做應(yīng)急預(yù)案制定，在預(yù)案中，巖爆問題發(fā)生之后的一系列措施，比如救援措施、施工現(xiàn)場安全保障措施等均需要在預(yù)案中進(jìn)行體現(xiàn)?？偟膩碇v，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定應(yīng)急預(yù)案 ，并在真正發(fā)生事故之后立即啟動應(yīng)急預(yù)案，這樣，事故的影響能夠控制在一定的范圍之內(nèi)，施工的整體效果可以得到保證。簡言之，巖爆問題是超大深埋隧道施工中比較常見的問題之一，也是需要重點(diǎn)解決的問題之一。在施工開始之前基于巖爆問題的發(fā)生原因確定科學(xué)有效的巖爆問題預(yù)防手段，并將其寫入應(yīng)急預(yù)案，這樣，在巖爆問題的具體預(yù)防以及處理中，策略的完善性和有效性會顯著提升，施工安全等得到了有效保證。

3.5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，改進(jìn)創(chuàng)新

在超大深埋隧道的巖爆問題防治中，還需要結(jié)合工作實(shí)踐進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，同時(shí)要利用新技術(shù)和新方法對施工等進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新。就目前的分析來看，在工程組織開展的過程中，諸多基于新技術(shù)的設(shè)備或者是元件在工程建設(shè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。比如在工程施工建設(shè)中使用到了一種震動傳感器，該傳感器在施工區(qū)域進(jìn)行防治，區(qū)域的震動情況會讓傳感器發(fā)生狀態(tài)變化，狀態(tài)變化數(shù)據(jù)基于無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)入到了監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控人員能夠基于震動傳感器的數(shù)據(jù)反饋對施工區(qū)域的情況進(jìn)行了解，這對于監(jiān)測施工現(xiàn)場，預(yù)防事故發(fā)生等有積極的意義[9]。結(jié)合實(shí)踐做分析可知，在諸多工程實(shí)踐中，部分優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的利用可以規(guī)避巖爆問題的發(fā)生，所以在施工過程中，一方面借鑒優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，另一方面使用先進(jìn)的設(shè)備或者元件，通過雙管齊下的方式對巖爆問題進(jìn)行防治，其對超大深埋隧道施工的影響會明顯減弱。

4 結(jié)束語

綜上所述，在超大深埋隧道施工的過程中，巖爆問題的發(fā)生會對施工安全以及施工質(zhì)量等產(chǎn)生顯著影響，所以就該問題的防治做分析與討論有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。文章對巖爆這個(gè)概念進(jìn)行了總結(jié)，并對超大深埋隧道的巖爆問題的發(fā)生原因做了分析，同時(shí)總結(jié)了巖爆問題的防治策略，目的是要為當(dāng)前的實(shí)踐工作提供指導(dǎo)和幫助，從而提高超大深埋隧道施工的安全性。