隧道工程巖爆地段施工技術(shù)措施

邢又家XING You-jia

（中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司，日照 276826）

（China Railway 23th Bureau Group 1st Engineering Co.，Ltd.，Rizhao 276826，China）

0 引言

巖爆是巖體中聚積的彈性變形能在地下工程開挖過程中突然猛烈釋放，使巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。巖爆具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大等特點(diǎn)。巖片由巖體表面上突然飛出，多發(fā)生在掌子面及周邊洞壁附近新鮮出露巖石表面。在施工過程中，必須引起高度注意。因此，隧道工程施工中巖爆地段的施工技術(shù)措施顯得尤為重要。

1 工程概況

德興至上饒（三清山）高速公路A6 合同段的懷玉山隧道是一座上下行分離的四車道高速公路隧道。該隧道位于江西上饒玉山縣懷玉鄉(xiāng)境內(nèi)，起訖里程樁號(hào)為：左洞ZK21+002～ZK24+425，長(zhǎng)3423m，右洞YK21+013～YK24+429.5，長(zhǎng)3416.5m，屬特長(zhǎng)隧道。其中我單位施工段起訖里程：左洞ZK21+002～ZK22+700，長(zhǎng)1698 米，右洞YK21+013～YK22+700，長(zhǎng)1683 米。地勘資料顯示懷玉山隧道K21+400～K22+400 存在初始高應(yīng)力，巖性為微風(fēng)化花崗巖，呈淺灰-灰白色，結(jié)構(gòu)致密，圍巖整體性較好，強(qiáng)度較高，且?guī)r體干燥，存在巖爆發(fā)生的可能性。

2 巖爆現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

巖爆產(chǎn)生的影響因素一般由以巖性為主的內(nèi)部因素和以圍巖應(yīng)力、巖層結(jié)構(gòu)為主的外因共同構(gòu)成。當(dāng)圍巖處于高地應(yīng)力地區(qū)時(shí)，同時(shí)具備巖石干燥和脆性兩個(gè)條件時(shí)，則極有可能造成巖爆現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 巖爆的類型特征

巖爆類型按照巖體破裂程度大小特征分為4 種類型：

①彈射型巖爆：該類型巖爆發(fā)生在極完整、極堅(jiān)硬的圍巖巖壁上，零星出現(xiàn)，通常發(fā)生在隧道開挖后6～12 小時(shí)以內(nèi)，有“啪、啪”聲響，伴以5～10cm 中間厚邊緣薄的巖片或巖粉彈出。巖爆發(fā)生前無征兆，持續(xù)時(shí)間短，對(duì)施工人員安全威脅較大。②爆炸拋射型巖爆：該類型巖爆零星斷續(xù)出現(xiàn)，一般在洞身開挖后6～12 小時(shí)內(nèi)發(fā)生，發(fā)生時(shí)先有“啪、啪”聲響，隨后會(huì)有“砰”的巨響，伴隨響聲片狀、塊狀巖塊（最大20～30cm）和巖粉被拋出，巖爆坑深度在20～50cm 之間，巖塊拋擲距離5～7m，持續(xù)時(shí)間在幾個(gè)小時(shí)以內(nèi)。具有一定的偶然性和突發(fā)性，對(duì)機(jī)械和施工人員的安全有較大威脅。③破裂剝落型巖爆：該類型巖爆通常發(fā)生在洞身開挖30 分鐘內(nèi)，發(fā)生時(shí)能聽到“啪、啪……”或“嘎、嘎……”連續(xù)聲響，伴隨出現(xiàn)巖面開裂、巖塊剝落。這種類型的巖爆從發(fā)出聲響到巖面開裂再到巖塊剝落存在著一個(gè)連續(xù)的過程，因其規(guī)模大（巖爆坑大小可達(dá)數(shù)米）、歷程時(shí)間長(zhǎng)。對(duì)機(jī)械設(shè)備和人員的安全都有很大的威脅。④沖擊地壓型巖爆：該類型巖爆只出現(xiàn)在條帶狀混合片麻巖中含黑云母片巖地，巖爆發(fā)生界面與緩傾斜的片麻節(jié)理產(chǎn)狀基本一致。巖爆發(fā)生時(shí)爆落巖塊大小皆有，共同顯著特點(diǎn)是多含有平行裂面，位置多存在于掌子面后1～2 倍洞涇范圍內(nèi)，對(duì)機(jī)械設(shè)備和人員的安全都有很大的威脅。

4 巖爆類型分析

懷玉山隧道巖爆段存在初始高地應(yīng)力，同時(shí)圍巖為微風(fēng)化花崗巖，呈淺灰-灰白色，結(jié)構(gòu)致密，圍巖整體性好，強(qiáng)度高，且?guī)r體干燥，隧道開挖后有“啪、啪”聲響，并伴以中間厚邊緣薄的巖片彈出。以上特征與彈射型巖爆特征一致。經(jīng)設(shè)計(jì)院和有關(guān)單位專家判定該隧道巖爆類型屬彈射型巖爆。

5 巖爆段施工方案

根據(jù)彈射型巖爆的特點(diǎn)，制定如下施工方案：

5.1 施工安全防護(hù)方案 ①施工隧道巖爆段前仔細(xì)研究設(shè)計(jì)文件，對(duì)可能發(fā)生巖爆的段落、大致里程做好統(tǒng)計(jì)，并對(duì)作業(yè)班組做工前教育，提高作業(yè)人員思想意識(shí)。做好相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備和施工準(zhǔn)備工作。②施工作業(yè)人員配備鋼盔、防彈背心等防護(hù)裝備，確保施工人員的人身安全；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專職檢查人員，負(fù)責(zé)隨時(shí)觀察圍巖狀態(tài)，保證發(fā)生巖爆問題時(shí)第一時(shí)間能夠得到有效的處理。③對(duì)打眼臺(tái)車進(jìn)行必要的改裝，在臺(tái)車的上方和側(cè)方加裝細(xì)眼鋼筋網(wǎng)，防止在掌子面作業(yè)人員因突然地巖塊迸出，造成作業(yè)人員傷害。

圖1 超前水平鉆孔示意圖

5.2 開挖技術(shù)措施 ①爆破方式采用光面爆破，鉆爆布眼過程中周邊眼間距適當(dāng)加密，同時(shí)周邊眼控制裝藥量，保證新爆破界面圓順，盡量避免造成局部應(yīng)力集中而引起巖爆加劇。②適當(dāng)縮短爆破進(jìn)尺，采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破”的掘進(jìn)方式，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度。③鉆孔作業(yè)前對(duì)開挖好的洞壁、掌子面進(jìn)行噴水處理后，在掌子面布設(shè)φ120mm 鉆孔五個(gè)，布置示意圖如圖1 所示。超前水平鉆孔在打炮眼時(shí)同時(shí)施做，鉆孔深度為2～3 倍的炮眼深度。成孔后在孔口安裝密封閥門，每個(gè)孔注滿水后持壓0.5～0.7MPa 且不少于5 分鐘。濕潤(rùn)圍巖增加圍巖韌性，降低巖爆的發(fā)生。④在爆破、出渣、找頂完成后，再用高壓水槍向洞壁、掌子面灑水三遍，每遍相隔5～10 分鐘，灑水噴頭水柱不小于10 米。達(dá)到軟化圍巖的目的。

5.3 支護(hù)技術(shù)措施 在洞身和掌子面的危石、孤石以及找頂、圍巖軟化完成后，及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行掛網(wǎng)初噴，增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，必要時(shí)設(shè)置系統(tǒng)錨桿增強(qiáng)圍巖的整體性，減少巖爆發(fā)生的可能性。

6 巖爆段施工注意事項(xiàng)

①采用“弱爆破，短進(jìn)尺”工藝，每班次進(jìn)尺不超過2米，減少炸藥用量，控制光面爆破效果，減少圍巖表層應(yīng)力集中。②噴水或鉆孔在爆破、通風(fēng)、找頂排險(xiǎn)后及時(shí)進(jìn)行施工。排險(xiǎn)過程認(rèn)真仔細(xì)，將存在脫落隱患的石塊全部排除，確定無掉塊可能后方可進(jìn)行噴水。③多班組循環(huán)作業(yè)，減少巖體暴露時(shí)間，及時(shí)施作支護(hù)。④開挖支護(hù)過程加強(qiáng)觀測(cè)，開展掌子面地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取躲避措施。⑤水平鉆孔深度要求不少于3 個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，略向下有一定傾角，達(dá)到有效濕潤(rùn)圍巖，增加圍巖韌性的目的。

7 施工效果

懷玉山隧道高地應(yīng)力段施工過程中，共發(fā)生26 處彈射型巖爆，經(jīng)過周密的方案設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)管理，巖爆均得到了有效的控制和治理。未出現(xiàn)因巖爆問題造成的人員受傷和機(jī)械被損壞問題。通過對(duì)巖爆段工后洞身進(jìn)行觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)因巖爆再次發(fā)生造成的掛網(wǎng)噴砼開裂、脫落現(xiàn)象；經(jīng)圍巖收斂觀測(cè)，圍巖變形穩(wěn)定。總體效果說明處理方案安全、合理、有效。

8 結(jié)束語

通過對(duì)懷玉山隧道巖爆段的施工，對(duì)彈射型巖爆的處理積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，在未來的類似工程施工中具有指導(dǎo)性作用。但巖爆作為在復(fù)雜地質(zhì)條件下存在的一種地質(zhì)現(xiàn)象，具有多種多樣的類型和發(fā)生的不確定性，作為一種破壞力較大的一種地質(zhì)災(zāi)害形式存在工程施工領(lǐng)域當(dāng)中。懷玉山隧道施工的順利完成，并不能說我們就有了十足的把握處理和戰(zhàn)勝這種地質(zhì)災(zāi)害，只能說我們對(duì)巖爆眾多類型中的彈射型巖爆這一種類型有了一定認(rèn)識(shí)和治理的能力，未來的工程建設(shè)中還有更多的困難有待解決。

[1]江西省交通設(shè)計(jì)院.德興至上饒（三清山）高速公路兩階段施工設(shè)計(jì)，2010.

[2]張鏡劍,傅冰駿.巖爆及其判據(jù)和防治[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008.

[3]巖體工程地質(zhì)及其災(zāi)害[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1993.

[4]公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[M].北京:人民交通出版社，2009.