鄂贛隧道巖爆檢測方法及預防措施

摘要:目前巖爆檢測分析在隧道施工過程中尚無統一的認識，本文根據鄂贛隧道巖爆檢測的成功經驗對巖爆的成因、檢測方法、預防措施進行評述。

關鍵詞:隧道 巖爆 方法 措施

0 引言

巖爆是在高地應力區巖體中開挖隧道時，圍巖發生脆性破壞而突然釋放應力所造成的一種失穩現象。對巖爆的發生進行及時預測和預防具有特別重要的意義，但是由于巖爆發生形式、地點的復雜性，目前對巖爆檢測方法尚無統一的認識。

1 巖爆產生條件

1.1 近代構造活動山體內地應力較高，巖體內儲存著很大的應變能;

1.2 圍巖新鮮完整，裂隙極少，屬堅硬脆性介質，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，應力解除后，回彈變形很小;

1.3 具有足夠的上覆巖體厚度，埋藏深度多大于200m;

1.4 無地下水，巖體干燥;

1.5 開挖斷面形狀不規則，造成局部應力集中。

2 巖爆的特點

隧道內的巖爆一般具有以下特點:

2.1 在未發生前，并無明顯的征兆，雖經過仔細尋找，并無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，也會突然發生巖石爆裂聲響，石塊有時應聲而下，有時暫不墜下。

2.2 巖爆發生的地點多在新開挖的工作面附近，個別的也有距新開挖工作面較遠，常見的巖爆部位以拱部或拱腰部位為多;巖爆在開挖后陸續出現，多在爆破后的2～3小時，24小時內最為明顯，延續時間一般1～2個月，事前一般無明顯預兆。

2.3 巖爆時圍巖破壞的規模，小則幾厘米厚，大則可多達幾十噸重。石塊由母巖彈出，小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。

2.4 巖爆圍巖的破壞過程，一般新鮮堅硬巖體均先產生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現，裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出，屬于表部巖爆;在強度較低的巖體，則在離隧洞掌子面以里一定距離產生，造成向洞內臨空面沖擊力量最大，這種巖爆屬于深部沖擊型。

3 巖爆的現場預測預報

目前巖爆預測的普遍方法:地形地貌分析法及地質分析法;AE法(聲發射法);鉆屑法(巖芯餅化法);地溫法。以上幾種方法在實際施工過程中要綜合應用，相輔相成互相印證，方能對巖爆的發生進行準確的預報。本文主要介紹的是一種新型的檢測方法“W(改進)型門塞式應力恢復法”。

4 “W(改進)型門塞式應力恢復法”簡述

4.1 基本原理 “W(改進)型門塞式應力恢復法”基本原理是現場洞壁測試點安裝電阻應變片測量洞壁測點3個方向的應變值，并計算出洞壁最大主應力σ1， 即后續σθ/Rb判據中使用的σθmax，取下長度為50mm的巖心，利用點荷載儀取得巖心的單軸抗壓強度Rb(采用點荷載試驗強度換算求得)，然后與巖爆烈度分級RMS相對照，判斷巖爆情況。

4.2 試驗方法

4.2.1 測點位置的選擇 工程開挖后，在埋深較大、圍巖較完整、擠壓較緊密、有可能發生巖爆的洞段巖體表部粘貼應變花。

4.2.2 應變花的粘貼 在已選定的測點用切割機切平，再用砂紙將表面磨光，然后用蘸有丙酮的棉球清除表面殘留的磨屑。在應變花基底上均勻地涂一層薄的己調和好的混合環氧樹脂膠。然后用鑷子夾住應變花引線，將應變花的軸線標記對準洞壁水平和垂直方向粘貼在基底上，且迅速檢查和微調應變花的方向。用手指順著應變花軸向，輕輕向引線方向滾壓應變花，擠出多余膠液和粘結層中的氣泡。然后用力加壓1 min左右，以減少粘結層中產生氣泡的可能性。

經檢查粘貼合格后，在應變花和引線上涂上一層防潮膠(如703膠)，以減少水分對粘結劑強度、應變計工作性能(如零漂等)的影響。因粘貼24h(小于24h可采用吹風機吹千)后就可以量測，故不需要特殊的防護裝置。

4.2.3 應變測量 應用YE2538A靜態電阻應變儀，采用半橋連接法來進行應變量測。

4.2.4 應力恢復 取下長度為50mm的巖心，利用點荷載儀配備特制加載裝置完成圍巖(巖芯)二次應力的恢復，按公式 (1)計算求得二次應力σx、σz，并換算求得巖心的單軸抗壓強度Rb。

σx或σz=α×F×Sp/A(1)

式中:F——應力恢復時點荷載儀壓力表讀數(MPa);

Sp——點荷載儀千斤頂活塞面積(cm2);

α——應力等效系數;

A——斷面面積(cm2)。

4.2.5 巖爆預警判斷 計算σθ/Rb，并與巖爆烈度分級RMS相對照，對隧道巖爆情況進行預測。

4.2.6 試驗主要儀器①電阻應變片:BX120-3CA(XX)(敏感柵長3mm，寬2mm);②應變測量及采集:YE2538A靜態電阻應變儀;③取芯工具:DZ-2A型手持式工程鉆;④加載設備:門塞式加載裝置。

5 巖爆的預防及處理

5.1 改善圍巖應力 這種方法主要是降低圍巖應力是圍巖應力小于圍巖強度，避免巖爆的發生。

5.2 改善圍巖性質 在施工過程中，可采取對工作面附近隧道巖壁噴水或鉆孔注水來促進圍巖軟化，從而消除或減緩巖爆程度。但這種方法在隧道施工中一般對隧道圍巖的穩定有一定的影響。

5.3 對圍巖進行加強支護和超前支護加固 其作用:改善掌子面及1～2倍洞徑洞段內圍巖的應力狀態。

6 巖爆段施工技術

6.1 在施工前，針對已有勘測資料，優化施工開挖和支護順序，為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據。

6.2 在施工過程中，加強超前地質探測，預報巖爆發生的可能性及地應力的大小，并判斷可能發生巖爆高地應力的范圍等。

6.3 打設超前鉆孔釋放隧道掌子面的高地應力或注水降低圍巖表面張力超前鉆孔可以利用鉆孔，在掌子面上利用氣腿式風動鑿巖機打設超前鉆孔，鉆孔直徑為42mm，每循環可布置10～15個孔，深度6～8m，間距1.5m。

6.4 在施工中應加強監測工作，通過對圍巖和支護結構的現場觀察、通過對洞拱頂下沉、水平收斂以及錨桿檢測，可以定量化地預測滯后發生的深部沖擊型巖爆，用于指導開挖和支護的施工，以確保安全。

6.5 在開挖過程中采用“短進尺、多循環”，同時利用光面爆破技術，嚴格控制用藥量，以盡可能減少爆破對圍巖的影響并使開挖斷面盡可能規則，減小局部應力集中發生的可能性。在巖爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內。

6.6 及時支護

支護的方法是在爆破后立即向拱墻噴射混凝土，再加設錨桿及鋼筋網。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨桿進行支護。

6.7 對開挖后巖面灑水以軟化圍巖，達到釋放應力的目的，施工過程中應派專人定時灑水，使巖面保持濕潤狀態。

6.8 在巖爆地段施工對人員和設備進行必要的防護，以保證施工安全。

結束語:在隧道施工中，因巖爆而造成的安全事故頻頻發生，巖爆檢測技術越來越被重視，本文通過鄂贛隧道的實際經驗說明應用“W(改進)型門塞式應力恢復法”來預測巖爆能取得較好的效果。

參考文獻:

[1]中華人民共和國交通運輸部《公路隧道施工技術規范》JTG F60-2009.北京.人民交通出版社.2009.

[2]曹強.錦屏輔助洞巖爆特征及防治措施研究.《隧道建設》.第29卷 第5期.《隧道建設》編輯部.