關于隧道施工巖爆防治的思路

摘要：巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應變能的突然釋放，是一種巖石破裂過程失穩現象。巖爆的觸發往往與地震活動、斷層滑動或地下開采的布局和進程有聯系，同時也與巖性、構造和地應力狀態等因素有密切關系。巖爆現象常見于礦山、隧道和地下硐室中。在隧道施工過程中，采取合理的巖爆預控及處理方法有很大的經濟社會效益。

關鍵詞：巖爆；破裂；處理；控制

Abstract：the rock burst is a sudden failure of the surrounding rock in rock engineering，and accompanied by the sudden release of strain energy in rock mass，is a process of rock failure instability phenomenon.Rock burst trigger tend to have contact with the earthquake activities，fault slip or underground mining layout and process，but also has the close relation with the lithology，structure and in-situ stress and other factors.The rock burst phenomenon is common in mines，tunnels and underground chamber.In the process of tunnel construction，adopt the reasonable rockburst pre control and processing method has great economic and social benefit.

Keywords：rock burst rupture process control

1.巖爆產生的條件

不是任何隧道施工都會發生巖爆，巖爆的發生通常應具備以下條件：

（1）隧道位于地應力較高的近代構造活動山體內且巖體內存儲著很大的應變能。

（2）圍巖完整，屬堅硬脆性介質，能夠儲存能量，應力解除后，回彈變形很小。

（3）具有足夠的覆蓋層，一般均遠離溝谷切割的卸荷裂隙帶，埋藏深度多大于200m。

（4）無地下水，巖體干燥。

（5）隧道開挖斷面形狀不規則，易造成局部應力集中。

隧道巖爆的發生與地震活動、斷層滑動或開挖布局和進程有聯系，同時也與巖性、構造和地應力狀態等因素有密切關系；隧道巖爆的發生與施工技術的也息息相關，一個合理有效的隧道施工技術能夠最大程度的減少施工發生巖爆機率；隧道巖爆的發生與施工技術人員的綜合素質水平以及其自身采取的施工方法也密切相關。

2.巖爆的特點

（1）在未發生前，并無明顯征兆，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，有時暫不墜落。

（2）巖爆多發生在隧道新開挖的工作面附近，個別也有距離新開挖面較遠的距離，常見巖爆以拱部或拱腰部居多；巖爆在開挖后陸續出現，多在爆破后2～3小時，24小時以內為最明顯，延續時間多為1～2個月，有的延續時間達1年以上，事前一般無明顯征兆。

（3）巖爆時圍巖破壞的規模，小者幾厘米厚，大者可達幾十噸重。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。

（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，屬于表層巖爆；在強度較低巖體，則在離隧道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.巖爆的防治措施

隧道巖爆的防治工作，仍是以預防為主，治理為輔的主要防治對策。從勘察設計階段和施工階段采取相應的措施。

3.1勘察階段的預控措施

同所有的防治措施一樣，與其更好的對其進行更為優秀的治理工作，不如對其采取更好的預防工作。我們在對隧道進行勘察設計的過程中，一定要最大程度的減少對施工現場進行適當的勘察工作，尤其是對地震活動、斷層滑動及周圍巖體的評價與強度測試工作更是要做到細致入微。

3.2設計階段的預控措施

采取合理的技術方案措施做到防治隧道發生巖爆。如隧道的選線應與巖層的最大水平主應力的方向一致；在隧道斷面設計上，當側向水平應力較大時宜采用高度小、寬度大的近似橢圓形斷面，當垂直應力較大時宜采用高度大、寬度小的橢圓形斷面。

3.3 施工階段的預控措施

3.3.1改善圍巖應力

在洞身開挖爆破時，選用合適的開挖斷面形式，采用“短進尺、多循環、強光爆”的技術措施，盡量減少對圍巖的擾動，改變圍巖應力狀態。開挖進尺宜控制在2.5m以內，對于設鋼架地段，開挖進尺應控制在一榀鋼架間距。

通過打超前鉆孔或在超前鉆孔中進行松動爆破，在圍巖內形成一個破壞帶（低彈區），從而使洞壁和掌子面應力降低，使高應力轉換至圍巖深部，施工時可在掌子面上打設5～6個超前鉆孔，既可以起到超前鉆探地質的作用，又可以起到釋放掌子面應力的作用。超前鉆孔的布置形式及參數與地質預測預報孔相同，并采取深淺孔結合的方式。

3.3.2改善圍巖性質

在施工過程中，可采取對洞壁噴水以及鉆孔注水來促進圍巖軟化，從而消除或減緩巖爆程度。一定要注意噴水的質量與鉆孔注水的方式，不能為了增強巖體的軟化性，而使得整個巖體的強度下降的過于低下，使得巖體的負荷能力受到限制。對于爆破后掌子面較破碎的圍巖也可采取鉆孔注水泥漿的方式來釋放圍巖地應力，同時提升巖體整體穩定性。

3.3.3 對圍巖采取加強支護或超前支護加固

對圍巖進行加強支護或超前支護加固改善圍巖面及1～2倍洞徑洞段內圍巖的應力狀態，由于支護的作用不但改變了應力大小的分布，而且還使洞壁從單維應力狀態變為三維應力狀態。在易發生巖爆地段，要采用錨桿、超前錨桿支護、錨噴砼支護、鋼纖維噴砼支護、鋼支撐、二次襯砌等多種支護方法有效的組合在一起來防止巖爆的發生。襯砌工作要緊跟開挖工序進行，以盡可能減少巖層暴露時間，必要時可采取跳段襯砌。

3.3.4加強超前地質預報

施工過程中，加強超前地質預報，預報巖爆發生的可能性及地應力的大小。采用超前鉆探、聲反射、地溫探測等方法，同時結合隧道內開挖揭示地質素描觀察巖石特征，將幾種方法綜合運用判斷可能發生巖爆高地應力的范圍。

3.3.5加強監控量測

對于預測可能發生巖爆地段，指定專業工程師加強該段隧道的監控量測，重點加強隧道的變形位移，圍巖位移變化等的監測，及時反饋監測信息用以指導施工。

3.3.6 已發生巖爆地段的處理

對已發生巖爆的地段，可采取在巖壁切槽的方法來釋放應力，降低巖爆強度，必要時也可采取打孔注水（水泥漿）的方式來釋放圍巖地應力。

4.工程應用實例

4.1工程概況

某鐵路隧道為雙洞單線分修隧道，該隧道預測巖爆段埋深約1400～1500m，受構造帶影響，向斜、背斜構造復雜，屬易發巖爆地段，預測巖爆段隧道為Ⅳ級圍巖，采用全斷面法開挖。開挖斷面為馬蹄形，開挖面積約70m2，采用23cm厚C30噴射混凝土支護，拱墻設1.2m/榀的格柵鋼架，拱墻設L=3.0m、間距2.4m（縱向）X2m（環向）的砂漿錨桿。

4.2隧道巖爆發生現象

圖一 掌子面巖爆 圖二 初期支護開裂剝落

（1）開挖爆破后突然出現巨響，現場出現濃煙，并伴有塊石迸出或脫落，拱腳向中線方向突然位移巖層剝落現象明顯。

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