鄂贛隧道巖爆分布規律及防治

余 平 劉 鎖

（1.安徽省港航建設投資集團有限公司，合肥 230051）（2.中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121）

0 引言

巖爆是地下工程開挖過程中在高地應力條件下，由于巖體應力釋放導致巖塊驟然以爆炸形式從洞室周邊巖體內飛射出巖塊的現象，屬一種動力失穩地質災害。

巖爆的理論研究至今已有將近100年的歷史，由于巖爆產生與多種因素有關，是一個相當復雜的過程，故國內外對其產生機理掌握不是很成熟，國內外比較有影響的理論有強度理論、能量理論、剛度理論、斷裂損傷理論和動力擾動理論，從宏觀角度，可簡單劃分為靜力學理論和動力學理論。目前，國內對巖爆產生判斷的依據多數采用應力判斷，有影響的主要有中國的陶振宇及挪威的Russenes，兩者均采用斷面洞壁切向應力與巖石單軸抗壓強度兩者之間的比值關系作為判斷的依據。但由于各隧道地質構造均不同，巖爆產生的臨界條件也有所差異，鄂贛隧道的巖爆防治在其觀測、判別基礎上，總結歸納適應自身情況的判別臨界值及其防治措施。

1 鄂贛隧道工程及地質概況

鄂贛隧道位于湖北省通山縣與江西省武寧縣交界處，隧道采用分離式，全長6948 米（以右線計），其中湖北段長3031 米，隧道最大埋深約為710 米，左、右線縱坡坡度分別為1.27%和1.3%。

鄂贛隧道穿越的主要巖土體為燕山期的侵入型斑狀二長花崗巖體，偶有石英巖脈侵入。隧道90%以上為Ⅱ級弱風化斑狀花崗巖，呈灰白、肉紅色，主要礦物成分為長石、石英、云母，全晶質結構，塊狀構造。地下水主要為花崗巖基巖內的裂隙水，水量受基巖內的裂隙發育程度、季節性大氣降水影響和控制。

2 巖爆特征及分布規律

2.1 巖爆特征

1）巖爆是發出如鞭炮聲、劈裂聲或 “悶雷”等聲響, 并伴隨產生塊體的彈射、拋擲、震動, 洞頂巖爆塊向下撒落時有一定散射角；

2）巖爆多發生在無地下水，巖體干燥，圍巖新鮮完整，裂隙極少或破裂面兩側軟弱結構面附近不同巖性軟硬相間的巖層中；

3）巖爆區多為整體結構、塊狀結構巖體中；或巖爆破裂面存在平行于洞壁的破裂面和與洞壁斜交的破裂面2 種類型。

2.2 巖爆分布規律

1）巖爆多發生在隧道爆破后2～4 小時，24 小時內最明顯，24 小時至開挖后一星期內為巖爆延續期，一星期后基本穩定，偶爾發生小面積片狀剝落；

2）巖爆多發生開挖面及其后7～18m 范圍內，位于隧道起拱線以上，且埋深大于250m；

3）連續巖爆洞段巖爆深度變幅不大，規律性強，零星巖爆洞段則變幅較大，隨機性強；地質巖性相同，巖爆類型基本相同；

4）巖爆動力現象的強弱與巖石強度成正比關系。

5）巖爆產生的規模，小者3 厘米厚,多為中間厚, 兩側薄的片狀脫落, 與巖壁平行；大者達到4 噸重，呈1.1～1.5m 的巖塊，巖壁與破裂面斜交。

3 巖爆的預測及防治方法

3.1 巖爆預測

1）施工作業面地質素描，觀察圍巖裂隙、地下水發育、分布及圍巖完整性等情況。

2）專人記錄、整理、總結每次巖爆發生的信息以及巖爆發生點的主要特征。

3）距掌子面5～10m 處，利用便攜式輕型鉆機和靜態電阻應變儀等儀器設備測定洞壁淺表層鉆孔巖芯應力解除前后所貼應變片的應變差值，然后借此利用點荷載儀在現場對所取巖芯進行側向加載，進行應力恢復測試，從而求得洞壁最大切向應力，采用點荷載儀測試巖石單軸抗壓強度，并通過其計算比值，結合陶振宇巖爆理論作為比較參考，判斷發生巖爆的可能性以及規模。

3.2 巖爆防治措施

巖爆防治必須立足于減輕或避免巖爆傷人毀機及導致圍巖大面積失穩的目標，按照“安全第一、穩扎穩打、不盲目冒進”的指導思想，遵循“以防為主、防治結合、多種手段綜合治理”的原則進行施工和防治。

1）加強巖爆預測，合理調整施工工序。在施工過程中，加強作業面地質素描，觀察圍巖裂隙、地下水發育和分布情況，即時監測地應力的變化情況，預報發生巖爆的規模和強度。采用上述信息判斷可能發生巖爆的范圍和時段，適時延長開挖面滯空時間和工序循環時間，避開高強度、大規模巖爆時段施工。

2）控制爆破。采用淺孔多循環，光面爆破，微差起爆嚴格控制最大齊爆藥量，調整鉆孔作業順序，優化布孔方式，減輕對圍巖擾動；加強斷面成型質量，改善圍巖應力，防止破壞性巖爆的發生。

3）超前鉆孔注水。沿開挖輪廓施作超前鉆孔并定時注水，以超前釋放應力。鉆孔直徑為40mm，底板1.5 米以上范圍拱墻均勻布置15 個孔，深度≥4.5m，超前孔外插角為25°～30°，環向間距1m，定時（不大于3 小時）向孔注水一次。

4）加強初期支護強度并及時施做初期支護。在原有Ⅱ級圍巖支護參數基礎上（局部布設錨桿），全斷面加設φ22 砂漿錨桿，L=2.0m/根，間距2.0×2.0m，底板1.5 米以上拱墻范圍內加設φ6 鋼筋網，網格間距30×30cm。

5）巖面灑水。在爆破通風散煙后15 小時內各工序作業過程需持續向洞壁灑水，保持未支護區巖面濕潤。

6）圍巖變形監測。加強監控量測頻率，及時收集整理量測信息，以掌握圍巖及支護變形動態，動態指導施工。

7）跟蹤落實。細化分工，預防措施責任到人。現場技術人員負責地質素描、監控量測、巖爆預測試驗、控制爆破、支護等工序實施，現場施工員負責跟蹤超前注水、巖面灑水、初期支護及時等方面落實，專職安全人員不間斷監督，并嚴格考核。

4 結束語

巖爆現象是一種典型的地質災害，如何有效做好預測預報預防對施工進度、安全、效益均有很大的影響。鄂贛隧道巖爆防治措施是根據現有靜力學理論基礎上，結合花崗巖圍巖特點，實踐中總結的經驗，實施效果較好。鄂贛隧道較業主總體計劃提前兩個月實現雙洞貫通，取得較好成績。