黃竹山隧道巖爆區段施工技術

李圣國（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

黃竹山隧道巖爆區段施工技術

李圣國
（中國鐵建港航局集團路橋工程有限公司，廣東 廣州 511442）

摘要：本文介紹了黃竹山隧道的巖爆情況、巖爆區段施工方法和處理措施，為巖爆防治提供借鑒。

關鍵詞：公路隧道；巖爆；施工技術

1　前言

巖爆是巖體中聚積的高彈性應變能的一種具有代表性的釋放現象，發生在質地堅硬、強度高、干燥無水、高應力區的脆性巖體中。在隧道高應力區開挖形成的新臨空面附近，初始應力由原來的三向狀態轉變為兩向應力狀態，并在開挖壁上局部應力集中，若壁面集中的最大切向應力達到某一臨界應力時，巖爆災害會發生。巖爆的突發性及巖體急劇破壞，巖片由巖體表面上突然地飛出，而且大部分發生在掌子面附近和邊墻上，對施工安全有很大隱患，所以針對不同的巖爆特征及危害程度，采取相應的處理措施，以保證施工安全。

2　工程概況

黃竹山隧道位于寧德與福州交界的黃竹山，該隧道為左右線分離式特長隧道，隧道右洞長度為8630.7m，左洞長度為8668.4m。隧道區屬侵蝕剝蝕高丘陵-中低山地貌，該隧道穿越黃竹山體，地形起伏大，天然山坡坡度約25°~45°，山脊較陡峭， 溝谷內常年有水。進口處地面高程430~435m，出口處地面高程350~355m，隧道軸線最大海拔標高約1248m。該隧道圍巖為殘坡積層（Qel-dl），侏羅系南園組第二、三段（晶屑）熔結凝灰巖（J3n3、J3n4），微風化花崗斑巖。

3　巖爆情況

黃竹山隧道進口獨頭掘進4403.05m，在隧道掘進過程中出現輕微~嚴重巖爆情況，現將有代表性的巖爆情況介紹如下：

起訖樁號ZK96+825~ZK96+901段該段圍巖為微風化花崗斑巖，為Ⅱ級圍巖，巖體新鮮完整，無裂隙發育，無地下水滲出，單軸抗壓強度大于90MPa，埋深500m左右，發生巖爆時間要比開挖落后，開挖后在掌子面就發出輕微的應力釋放聲音，無石塊彈射發生，在距掌子面1-3B （B為洞徑）有薄層狀圍巖剝落，剝落巖塊多呈片狀、棱塊狀，少數為板狀，塊體大小一般為0.3-0.5m，厚0.05-0.1m，大的巖塊可長達1.0-3m，寬1-2m，厚0.1-0.2m，巖爆烈度為輕微~中等。

起訖樁號ZK98+625~ZK98+707段該段圍巖為未風化熔結凝灰巖，為Ⅱ級圍巖，巖體新鮮完整，無裂隙發育，無地下水滲出，單軸抗壓強度大于70MPa，埋深700m以上，開挖后在掌子面就發出較大的應力釋放聲音，并有石塊彈射發生，洞壁、拱部立即發生劇烈的爆裂、崩落、彈射，巖石被劈裂成棱塊狀、板狀、片狀，厚度超過0.1m，最厚可達1m，爆落巖石數量大，洞壁形成大量超挖局面，洞形不規則，巖爆烈度為嚴重。

但在巖體結構面發育，有少量地下水滲滴地段，特別是在有地下水出露的地段，幾乎不發生巖爆。

4　巖爆防治措施

4.1 巖爆地段施工作業程序

收集資料→分析判斷→設計防巖爆措施（無巖爆正常施工）→實施防巖爆措施→監控量測→進行下道工序。

為了及時掌握巖爆情況，成立專職巖爆處理小組，與超前地質預報和監控量測小組結合，并在已掘進部位進行布設量測點位和收集實際地質資料，進行巖石強度與地應力測試，結合超前地質預報資料分析判斷，對有可能發生巖爆的地段，應及時采取有效措施，預防巖爆的發生。

4.2 巖爆的防治技術

黃竹山隧道巖爆防治主要采用以下幾種技術：

①通過加固圍巖，改變了應力的大小及分布，而且還使洞室周邊巖體從雙向應力狀態變為三向應力狀態，并且具有防護作用，可防止彈射，塌落等。

②完善施工方法，減少開挖裝藥量，可以減少爆破對圍巖的擾動，降低巖爆危害程度。

③改善圍巖應力條件，通過打超前鉆孔，進行超前應力解除，加速圍巖應力釋放和降低洞室應力。

④改變圍巖性質，通過向巖層表面噴水和向深部巖體注水，降低巖石強度和彈性模量，提高巖體塑性變形能力，減緩巖爆。

⑤增加臨時防護措施，防止巖爆出現時發生彈射和巖塊墜落傷人以及損壞機具設備。

4.3巖爆地段處理技術措施

根據現場調查所得到的巖爆特征，在對巖爆發生部位進行確認和對巖爆危害分析的基礎上，有針對性地采取如下防治措施：

（1）巖爆烈度為輕微~中等地段

①開挖后，對掌子面附近的巖體進行噴水濕潤、降溫、軟化圍巖，提高巖石塑性，從而消除或減輕巖爆程度。

②初期支護施工要緊跟開挖工序進行，嚴格采用濕噴工藝，盡可能減少巖層暴露時間，減少巖爆的發生。并對初期支護加強，由原設計的錨桿+噴射混凝土支護形式加強為錨桿+鋼筋網+噴射混凝土支護，施作范圍由拱部增加到拱部+邊墻，錨桿采用?22砂漿錨桿，長度2.5m，環向間距1.2m，縱向間距1.2m，呈梅花型布置，鋼筋網采用?6鋼筋，網格為20×20cm，噴射混凝土厚度為10cm。

③根據位移變化速率來判斷圍巖穩定情況。當水平收斂每天大于0.1-0.2mm或拱頂下沉速率大于0.07-0.15mm/d，則視為圍巖不穩定，繼續觀察或加強支護系統；當變化速率小于0.2mm/d時則視為圍巖基本穩定，可以進行下道工序施工。

（2）巖爆烈度為嚴重地段

在巖爆烈度為嚴重地段，除對掌子面附近的巖體進行噴水濕潤、降溫、軟化圍巖等措施外，還增加以下處理方法：

①改善施工方法，在預測巖爆嚴重地段，采用“短進尺、多循環” 開挖方式，加密周邊眼數量，利用光面爆破技術，嚴格控制用藥量，以減少爆破對圍巖的擾動，嚴格執行光面爆破設計施工，實現開挖周邊圓順，減少對圍巖的破壞及應力集中。

②在掌子面拱部和邊墻沿開挖輪廓線施工7個超前水平鉆孔，每個鉆孔孔深30m，孔內注水，實行超前應力解除，改善圍巖應力條件。

③在巖爆嚴重地段，洞室拱部和邊墻巖石不斷坍落，甚至造成局部坍方，給隧道掘進帶來很大影響，在這種情況下，原設計的錨桿+噴射混凝土支護已不能滿足安全要求，采取了錨噴網和鋼支撐的聯合支護，鋼支撐采用Φ25鋼筋制作的矩形格柵，格柵高12cm，錨桿采用?22砂漿錨桿，長度3.0m，環向間距1.2m，縱向間距1.2m，呈梅花型布置，鋼筋網為Φ6的20×20cm網片。在施工中，先初噴混凝土4cm，封閉巖面，之后進行鋼支撐和鋼筋網施工使鋼支撐與鋼筋網緊靠巖體面與錨桿聯接成一整體，最后復噴至設計厚度18cm。從施工中觀察，錨噴網和鋼支撐的聯合支護效果比較好，順利的通過了巖爆坍方段，有效的防止了巖爆帶來的危害。

④加強監控量測和觀察，判斷圍巖穩定情況。當圍巖基本穩定后，可以進行下道工序施工。

4.4巖爆地段施工安全措施

①設置專職安全值班人員檢測圍巖動態，隨時掌握施工現場的安全情況，發現隱患及時排除。開挖前后，須加強排險工作，及時清除松散圍巖。

②架設移動防護網，采用2層鋼筋網，長度10-15m，頂部滿鋪模板，保護作業人員，在設備上安設防護網、防護罩、排架，以防巖炸彈射損壞機器及傷及人員。

結語

（1）巖爆地段施工，主要以采取有利措施降低巖爆危害為主，預防發生安全事故，達到安全施工的目的。由于隧道的地質資料不完善，應堅持動態施工，必須根據施工中出現的如巖爆等各種問題，及時的采取各種措施，是保證施工安全極為重要的方面。

（2）加強初期支護是治理巖爆最常用且最有效的措施，是巖爆治理首選的措施之一。其主要作用是加固圍巖，防止劈裂和剝離的巖塊坍落和彈射，若初期支護施作及時結構合理，還可以改變洞壁巖體的應力狀態，從而達到防治巖爆發生的目的。黃竹山隧道采用加強初期支護的方法，安全順利的通過了巖爆區段的施工，并對巖爆段的初期支護進行了觀察和量測，噴射混凝土未發生開裂、剝落，鋼格柵也未產生明顯的變形，圍巖收斂變形基本穩定，說明巖爆段的處理措施是成功的。

參考文獻

[1] 趙本均．膝學軍．沖擊地壓及其防治[M]． 北京：煤炭工業出版社，1995．

[2] 孔憲立．巖體工程地質及其災害[M]．上海：同濟大學出版社，1993．

中圖分類號：U455

文獻標識碼：A