隧道施工巖爆預防措施探討

王嘉（四川川交路橋有限責任公司，四川廣漢618300）

隧道施工巖爆預防措施探討

王嘉（四川川交路橋有限責任公司，四川廣漢618300）

隨著交通運輸業的發展，給隧道施工建設提出了更高的要求，而在隧道施工過程中，無法避免會出現巖爆的現象。因此本文通過對巖爆的基本含義、產生的基本條件進行簡單的闡述，并對巖爆的基本類型進行分析，從而提出相關防治巖爆的措施，以期為類似工程提供借鑒。

防治巖爆；巖爆強度；防治結合

1 巖爆的含義

2 巖爆產生的基本條件

巖爆發生的兩大基本條件是高地應力和堅硬圍巖。地應力與埋深有關；堅硬圍巖分別可用單軸抗壓強壓、脆性、圍巖級別來衡量。因此，可用以下5項指標分別判斷；其后再用5項指標綜合判斷巖爆強度級別。

2.1 高地應力

地應力一般包括構造應力，殘存應力和巖體的自重應力，它有三個分量：即垂直應力，最大水平應力бmax和最小水平應力бmin，地應力大小與地質狀況、地質構造、埋置深度、生成年代以及地殼運動等因素有關，但一般情況下關系最明顯的是埋深H。地應力與埋深H的線性關系式如下。

2.2 埋深

一般而言，埋深越大，地應力越大，發生巖爆的可能性就越大。

據悉，作為實力雄厚、經驗豐富的世界礦業巨頭，BHP旗下的主要礦產項目都具有規模大、成本低、壽命長的特征，同時由于加拿大距離中國海運運距較短，Jason項目對中農進口鉀肥從原產地、品質、物流等方面都是關鍵性的補充。而中農控股作為國內化肥流通主要力量，渠道資源豐富。隨著銷售網絡的不斷擴大和加深，中農控股更加確立了穩定并擴大供應體系的戰略，與BHP的簽約為公司鉀肥貨源提供了新的強有力的支撐，進一步完善了公司鉀肥供應體系。

2.3 巖石單軸抗壓強度бc

巖石單軸抗壓強度бc與巖爆強度的關系如表1所示。

表1 巖石單軸抗壓強度бc與巖爆強度的關系

2.4 巖石的脆性

巖石的脆性程度與巖爆發生有直接關系，工程實例統計，巖爆大部份發生在石英巖、片麻巖、花崗巖、閃長巖、正長巖、大理巖、灰巖、白云巖等，共同的力學特性都是脆性。

2.5 圍巖級別

巖爆強度除上述4項條件以外，還與巖體構造如節理、裂隙、地下水等因素有關，圍巖級別恰是這諸多因素的綜合指標，因此，也可用圍巖級別來判斷巖爆強度。

由于巖爆本身的復雜性以及隧道或地下工程不同里程、不同部位巖體的多樣性，各單項指標分別評級的結果可能有不一致的現象，對此，只要5個指標中有3～4個相同，即可認定為該相同結果的巖爆強度［1］。

3 巖爆的基本類型

3.1 破裂松脫型

圍巖爆裂呈塊、板、鱗片狀，經過一段時間才從母巖表面自上而下墜落，彈射距離小，彈射速度＜2.0m/s。此類為微弱巖爆。

3.2 爆裂彈射型

爆裂聲響如同鞭炮。圍巖爆裂呈塊（片）狀彈射或剝離，多為中間厚周邊薄的鱗片，較大者達直徑D=0.3～5.0m，厚度h= 0.1～0.3m，彈射速度一般約2.0～5.0m/s，發生的部位一般多在新開挖工作面及其附近的拱部，巖爆發生前常有如破竹劈啪聲的預兆，作業人員和設備可以提前躲避。此類為中等巖爆。

3.3 爆炸拋石型

爆裂聲響如同炮彈爆炸。巨石拋射，體積達數立方米甚至數十立方米，拋射距離達數米甚至一、二十米，速度一般＞5.0m/s。多發生在新開挖工作面放炮后數分鐘內。唯一的措施只有躲避。此類為強烈巖爆。

4 目前常用的防治巖爆的措施

4.1 巖爆的處置原則

建議遵循“一躲；二防；三治”的先后順序原則。

（1）躲避：當遇到爆裂彈射型（中等巖爆）或者爆炸拋石型（強烈巖爆）巖爆時，人力不可抗拒，非躲不可，別無他法。看似消極被動，其實是避其不必要的傷亡，是最安全、最經濟、最有效的辦法。待巖爆趨于穩定以后，再尋求恰當防治措施，此為上策。

（2）防：當進入可能發生各類型巖爆地段之前或之中，根據前述判定的巖爆強度，有預見性有針對性的采取恰當的技術措施，以防止巖爆的發生或降低巖爆強度或滯緩巖爆發生的時間，是主動、積極的行為。

（3）治：是指在“防”的基礎之上，新增加或強化己實施的各種技術措施以治理巖爆，達到不發生傷害的程度，使作業人員徹底感到有安全感。

4.2 防治巖爆常用措施

4.2.1 以改變地應力為切入點的措施

（1）先導坑、后擴挖。對于大斷面或特大斷面的隧道（洞室）在斷面內適當位置，先行掘進1個15～30m2左右的小導坑，以提前釋放一部份地應力，然后擴挖至設計斷面。

（2）短進尺、光面、弱爆破。每循環進尺控制在1.8～2.0m左右，以減小地應力釋放的面積和空間，且有利于快速完成初期支護；巖面平順減少應力集中，弱爆破則減小對圍巖的擾動，避免誘發地應力二次釋放和爆破動力與地應力疊加引起巖爆。

（3）超前應力解除（釋放）。在掌子面鉆掘進炮孔的同時，加鉆一些比掘進孔加深2～3m左右僅在末端裝炸藥的“應力解除孔”，再加鉆一些不裝炸藥的“容積補償孔”，加鉆的兩種孔深基本同深。本措施在錦屏二級水電站輔助洞和引用水洞中采用過，有一定效果。

（4）孔內注水、高壓噴水。地應力常與地溫有關，利用炮孔和錨桿孔向巖體內注了水，另外在放炮排煙后，出碴之前，直接向巖壁噴水以軟化表面，兩者均可降溫降低地應力和促進地應力釋放與調整；同時降低巖體強度，增加“韌性”減小脆性。

4.2.2 “防、治”結合的綜合支護措施

（1）超前錨桿。對于強烈巖爆，在掌子面打超前錨桿，對開挖面前方圍巖進行‘鎖定’采用摩擦型錨桿即可，錨桿環向間距0.5～1.0m，錨桿長度必須＞開挖循環進尺的2.0～2.5倍。

（2）“隨機錨桿”。掌子面放炮排煙后，雖經2～3次找頂處理危石，但難免仍有較大危石，其次，據統計，距掌子面后6～12m范圍內乃是“巖爆活躍區”，掌子面開挖后5～20h（最長達65h）是“巖爆活躍期”常有不規則的裂縫警示有危險因素存在；因此，隨機性的加打若干錨桿對防治巖爆十分有效。

（3）噴鋼纖維混凝土。在放炮通風排煙找頂處理危石之后，先暫不進行出碴作業，快速噴鋼纖維混凝土，迅速封閉巖面裂縫并使巖面平順，由于鋼纖維混凝土較之素混凝土具有更大的柔性和抗剪能力［2］。

（4）錨、噴、網聯合支護。即采用常規的錨噴網工法施作，必要時可采用雙層掛網和混凝土中摻外加劑，使混凝土增強、早強、速凝。形成具有相當強度又有柔性的支護體系，能承受較大的動、靜荷載引起的變形而表層不開裂，抑制巖爆的發生。

（5）二次襯砌。經過上述一系列的措施之后，巖爆己被基本治住，但未必徹底，及時施作二次襯砌（多數為鋼筋混凝土）及其墻后注漿，將巖爆‘徹底’治理，確保工程安全使用。

［1］邊鵬飛，趙宗智.蒼嶺隧道施工巖爆預防與防治［J］.公路交通技術，2009（02）：137～139.

［2］趙亞軍.西柏坡隧道施工巖爆預防與防治［J］.交通世界（建養·機械），2010（12）：182～184.

U457

A

2095-2066（2016）30-0182-02

2016-10-12

王嘉（1980-），男，四川蒼溪人，中級工程師，本科，從事土木施工管理工作。