淺談地質巖爆現象的防治與處理措施

張宏　楊超　齊晶

摘要：文章以一隧洞開挖工程項目所遇到巖爆地質現象的出現、發展與消除全過程進行描述分析，為減少巖爆對工程進度的影響，對施工過程采取的相關技術措施及效果進行闡述，以便同行探討該工程巖爆處理過程所得的經驗，利于類同工程地質巖爆的防治與處理。

關鍵詞：隧洞開挖工程；地質巖爆現象；高地應力區；洞室圍巖剪切破壞；施工隧洞 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD23 文章編號：1009-2374（2015）34-0150-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.077

1 巖爆現象的出現、發展與消除

巖爆是高地應力區洞室圍巖剪切破壞作用的產物。本文所述工程位于昆侖山山脈，施工隧洞處于500m以上埋深，整個隧洞位于元古界第一巖性段的角閃黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖中，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，因為該施工隧道具有埋深較厚、巖石堅硬的特點，易造成應力集中不能釋放，所以在隧道開挖后應力釋放造成巖爆。

本工程隧洞（斷面為圓形，洞徑5.2m，采用全斷面鋼筋砼襯砌）。開挖至樁號2+545m時，洞內巖爆頻繁（中等巖爆發生），根據提供地質資料該部位處于900～1100m的埋深，圍巖為Ⅱ類的片麻狀黑云斜長花崗巖。

現場巖爆特點：主要表現為厚片狀剝落，在巖爆未發生前，并無明顯的征兆，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。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，巖爆發生的部位主要為洞身右壁拱部及左壁底角；巖爆在開挖后陸續出現，多在爆破后2～3小時，24小時內最為明顯。剝落最大塊體達3m×1.8m×0.45m，并伴有彈射現象，現場施工人員有因巖爆造成不同程度的傷害。

繼續爆破開挖至樁號2+566m時，因巖爆影響使掌子面崩塌近2～2+568m，當時巖體沿片理鼓起開裂向洞內崩落，巖爆聲音很大，類似放炮聲，爆裂處巖體厚度1～2m，巖爆還引起頂拱局部沿不利的裂隙產生小塌方，后間斷有小的掉塊，這期間巖爆對施工人員安全造成很大的危害。但三天后，在2+560～2+568m頂拱又繼發巖爆，使頂拱形成大的凹坑，初期塌方最大高度2m左右，塌方周邊巖體較完整，塌方量初估約百方。由于巖爆發生突然，使現場施工設備（鉆爆臺車1臺、風鉆15把、鉆桿近30根、電焊機、抽水機等）被埋壓、受損嚴重，萬幸現場值班安全員及時通知施工人員撤離，沒有造成人被淹埋。

2 塌方段工程地質條件評價

隧道樁號2+545～2+575m段，洞室埋深1050m，隧洞方向91°，巖性為角閃黑云二長片麻巖，片麻理產狀195°∠67°，走向與洞向近平行，片理裂隙在左側洞壁較發育，一般間距0.2～0.5m。其中夾有一條角閃巖脈，寬0.5～1.0m，沿左壁附近延伸較長，巖脈強度比片麻巖較弱，屬中硬巖，對巖爆引起的大塌方有一定促進作用，到目前仍沒有消失或湮滅。另發育一組裂隙產狀70°∠39°，近于垂直洞向，與片理組合切割巖體。本段巖石以堅硬巖為主，巖石單軸飽和抗壓強度大于60MPa，完整性較好，呈層狀結構。塌方段拱頂有少量滴水，總流量小于每分鐘0.1L。

根據前期勘察資料顯示隧道在埋深大于550m時可能發生中等巖爆，局部可能發生強烈巖爆。目前隧道已開挖至樁號2+575m段，埋深1050m，最大主應力以鉛直向應力為主，且應力量值較前變大，強度應力比值相對比前洞段變小。目前巖爆的發生部位也從以前在右側拱腳部位變為在頂拱及左側壁出現。另外本段的片麻理走向與洞向接近平行，對洞室穩定不利，同時根據前期勘察資料顯示設計樁號2+538部位發育一規模較大的斷層（F106），根據構造理論特點，斷層附近完整巖體積聚有較多的彈性能量，當洞室開挖后形成較大臨空面，尤其在側壁易形成局部應力集中，成為巖爆的高發部位。同時由于片理走向與洞向近平行，加上另外一組與洞線夾角69°的裂隙相互切割，造成洞室塌方不斷。目前隧道所發生的巖爆已嚴重影響到施工安全與進度。

3 巖爆防治處理方案

為縮短巖爆對工程進度的影響，工程施工單位對巖爆出現后采取了以下五種防治措施，達到了一定效果：

3.1 噴射高壓水

爆破后采用高壓水槍立即向工作面及附近洞壁噴射高壓水，以降低巖體的強度，增強塑性，減弱巖體的脆性，降低巖爆的劇烈程度，加快了應力釋放過程，同時起到降溫除塵的作用，縮短了通風時間。

3.2 加密巖爆部位周邊光爆眼

加密巖爆部位周邊光爆眼（現場周邊眼間距不大于30cm），改變周邊眼裝藥結構，由間隔裝藥變為連續裝藥，爆破后周邊巖體產生細微裂縫，加速應力釋放。該措施增加了炸藥單耗，提高了工程開挖造價，但對巖爆的防治效果比較明顯，在后期巖爆處理措施上多

采用。

3.3 增設超前應力釋放孔

在開挖過程中增設超前應力釋放孔，減弱巖爆縮短巖爆釋放時間。超前應力釋放孔鉆孔深度4.5m，右側拱角處超前應力釋放孔外插角度為35°，隔孔裝藥；掌子面超前應力孔垂直基巖面造孔，均進行裝藥，每孔裝乳化炸藥1.05kg，詳見圖1：

圖1 巖爆部位網絡圖

3.4 掌子面增設安全防護網

巖爆發生區域已有擴大的趨勢，右壁掌子面已有巖爆現象。彈射現象較為嚴重，最大彈射距離達10m以上，嚴重威脅作業人員安全，使施工等待時間大大加長。為減弱巖爆，縮短巖爆釋放時間，盡快進行作業，施工中除進行超前應力釋放孔施工以外，在掌子面布設柔性防護網，網片規格為10cm×10cm方格網。網片拼結成掌子面形式，通過開挖臺車固定于掌子面上，防止掌子面巖爆及巖石彈射造成施工人員傷害。

洞身開挖過程中雖然采取以上措施對巖爆起到了一定的減弱，使巖爆釋放時間及程度有了一定的縮短及改善，但巖爆釋放時間仍然較長（8～10小時），造成施工循環時間過長。

施工單位在洞側壁巖爆區采用隨機錨桿及超前錨桿掛網支護（錨桿長3.5m，入巖3.4m；掛網Φ8@200*200mm）。

3.5 巖爆嚴重塌方區處理

樁號2+545m～2+550m段塌方最大高度為0.5～3.8m；樁號2+550～2+568m段塌方最大高度為4.5～11m；樁號2+568m以后至目前掌子面樁號2+575m段由于支護得力，開挖方案較得當，巖爆破壞勢頭基本得到控制。起初對大塌方的處理方式先采用洞段封堵后回填混凝土充填塌方空間，然后重新進行洞室開挖，采用“短進尺、強支護”開挖方式為保證安全，開挖后及時采用鋼拱架支護，支撐16#工字鋼鋼拱架，拱架間距視實際情況采用0.3～1.0m不等，根據洞內圍巖情況，鋼拱架間距略加放寬0.5～0.7m一榀，打鎖腳錨桿φ25mm（長3m入巖2.9m，間距1m）與在每榀拱架拱角部位打8根φ28（長4.5m入巖4.0m）加固錨桿，錨桿與鋼拱架電焊加固；鋼拱架之間用φ25連接鋼筋，電焊連接（長1.2m搭接0.2m，間距1m）；掛φ8鋼筋網（0.2*0.2m）。及時噴護C20砼。對洞室兩拱腳各布設了4排φ25系統錨桿，長3m，間距1.5m；拱架兩側各布4排φ25鎖腳錨桿，長3.5m，間距0.5m。

4 結語

本工程隧道出現巖爆段約1400m，占全長的1/3。巖爆的產生對工程進度、安全、工程造價影響較大，因此要通過已完工程的成功經驗用于后期類同工程，促使工程建設項目節約控制成本，減少安全事故隱患。

（責任編輯：蔣建華）