隧道施工中巖爆的防護措施探討

徐京城

重慶蜀通巖土工程有限公司 重慶 401147

引言

隨著交通運輸業的不斷發展對隧道施工建設提出了更高的要求，然而在隧道施工過程中無法避免出現巖爆的問題，為了減輕損失需要相關管理人員掌握巖爆問題的發生原因和基本的條件，做好科學的防護，按照不同類型的巖爆采取完善的管理措施，從而使巖爆發生概率能夠有所降低，減少對現場施工所產生的影響，提高工程的施工效果。

1 巖爆的概述

1.1 條件

巖爆也稱沖擊性的地壓，是巖體中聚集的彈性勢能在一定條件下突然釋放而導致巖石爆裂并且彈射出來的現象，一旦出現這一現象會嚴重地破壞隧道本身的開挖工作面，也會出現嚴重的設備損失問題，產生的人員傷亡情況非常的嚴重，輕微的巖爆一般沒有任何的彈射現象，只是出現巖石的剝落。較為嚴重的情況相當于4.25～4.6級的地震，并且持續幾天或者是數月，對實際的施工造成了較為嚴重的影響。當隧道地下工程穿越堅硬巖石時，處于較高低應力的狀態下，由于封閉巖層被開發之后，所釋放的地應力在逐漸增加而出現破壞的問題，并伴隨著也時的彈射以及聲響釋放較大的彈性應變力，對實際施工所產生的影響非常突出。因此，在現場施工中需要加強防護的工作要點，在這一現象發生時，基本條件為高地應力和堅固的巖石的運力，和埋深有著密切的關系，堅固的巖石分別可利用單軸抗壓強壓和脆性來進行衡量，在實際施工時需要根據當地的自然條件來確定其中的等級，做好科學劃分，逐漸的改善當前的施工方案，從而使整體施工效果能夠得到全面的提高[1]。在高地應力方面一般包含的是構造的應力以及巖體本身的自重應力，需要確定其中的垂直應力和最大水平力等等，并且還需要和當地地質情況進行相互的協調。值得注意的是，在高地應力檢測方面還需要確定其中的埋深，兩者是呈現線性關系的，要根據垂直定義和最大水平應力值來進行精準性的計算，以此來制定更大科學的防護方案。在埋深方面主要是指埋深越大地應力越大，產生巖爆的可能性就越大，在現場施工時需要根據現場的情況進行科學測量，逐漸的改善當前的工作方案，從而使整體施工效果能夠得到全面的提高。

產生巖爆還和巖石的脆性有著密切的關系，根據工程實例進行統計發現巖爆大部分發生在片麻巖和花崗巖等巖石中，共同的特征是脆性較高很容易出現巖爆的問題，最后還和圍巖的級別有著一定的關系，例如巖體的構造以及裂縫等等，均是產生巖爆的影響因素，圍巖的級別屬于綜合性的指標要根據實際情況進行指標的科學劃分，為后續防護工作順利實施提供重要的數據支持，從而使整體防護水平能夠得到全面的提高。在進行單項指標評價時，很有可能會出現不一致的情況，但是只要其中的3～4個指標相同即可認定相同結果的巖爆強度，從而使整體工作效果能夠得到全面的提升。

1.2 特點

巖石巖為巖爆中的重要組成部分，這一部分巖石非常的干燥，在發生巖爆之前征兆非常不明顯，即使是通過仔細的尋找也無法發現異常的問題，一旦勘察人員認為不會掉落石塊之后，但是會隨著其中應力的變化突然爆發聲響，并且散落石塊，這一情況是無法預測的。在實際施工的過程中，施工周邊會出現較為嚴重的巖爆問題并且損失較大，這主要是由于施工中活動觸碰了定力而導致的，使得巖爆發生概率在逐漸提高，在巖爆時破壞的規模在幾厘米厚甚至是會達到幾噸重圍巖，破壞較小時形狀是中間厚、周邊薄，并且有不規則的魚鱗狀和巖壁平行，甚至是會出現脫落的問題。在出現巖爆的過程中，堅硬的巖石先發出聲響，并且伴隨著剝落的縫隙一起出現，縫隙一旦貫通會產生持續性的剝落和彈出所產生的影響較為突出。受爆破震動的影響會使開挖洞段的應力重新分布，產生大面積的巖爆問題，剝落的小塊魚鱗狀伴有碎屑，或者是堵塞整個工作面，對實際施工所產生的影響非常的突出。

1.3 產生原因

首先為隧道埋深的影響水平構造應力較大，地區出現巖爆的概率較大和內部埋深較大有一定的關系，構造應力時受到來自上部分巖體的自重效應，發生了這一情況在實際施工過程中在偏壓及深埋的隧道中制作炮眼時，也會出現小規模的巖爆。臨近孔眼之間的距離不符合相關的規定，或者是開挖之后的洞穴形狀和設計方案存在一定的偏差，并沒有考慮形狀影響因素導致巖爆問題在逐漸的發生。

其次為結構面的影響，在巖爆結構面中，對巖爆的形成以及分布有著密切的關系，巖爆優勢面控制著地應力的大小以及分布等等，如果某一個施工控制出現一定的偏差，會導致結構面穩定性無法得到充分的保證，整體性好和強度較高的巖體更容易發生巖爆，這是在實際工作中需要特別注意的問題。

最后為地下水的影響，在隧道工程施工中，地下水的存在對該部位具有較強的軟化和降溫作用，有地下水的巖體發生巖爆概率較小，如果隧道內干燥污水埋深較大，會容易出現不同程度的巖爆問題。

第4個影響因素為高地應力的影響，近代構造活動的山巖體內部具有較強的地應力并且儲存的應力能隨著時間的推移在逐漸增加，如果儲存的能量大于自身所承受的強度，是會引發較嚴重的巖爆問題[2]。一般表現在埋深在地下的花崗巖和石灰巖中，這一情況較為常見。

最后為巖層受到壓力的作用，深埋中的巖層上部覆蓋著巖石，使巖石周邊承載著較大的巖石重量，活動性的斷層也會影響著深埋巖層，在沒有開挖之前，巖層承受著不同的壓力作用，各個壓力之間是相等和對等的關系互相抵消，在這一平衡狀態下是保持靜止狀態的變形運動。但是在隧道開挖之后，隧道坑內一些原有的受力體被移走，這就會使得內部的應力發生一定的改變，形狀也會發生一定的變化，對原有結構的穩定性造成影響。如果出現受力不均衡的問題，會出現較為嚴重的巖爆情況，對實際施工的影響較為突出。

2 隧道施工中巖爆的預防策略

2.1 加強前期的勘測

為了使隧道施工中巖爆的發生概率能夠有所降低，在實際工作中需要做好前期的準備工作，尤其是要根據現場施工情況做好提前的檢測，確定其中的應力分布情況逐漸的改善當前的工作方案，從而使巖爆預防水平能夠得到全面的提高。在實際施工之前，要根據現場情況進行全面的勘測，之后再根據勘測資料建立完整的數字模型，利用三維有限元的數值進行模型的運算以及反演的分析，并且初步的確定施工區域內部的數量級，了解容易發生巖爆的部位，采取更加科學的優化措施。例如要調整當前的開發方案，確定主要的支護順序，從而為后續防護工作的順利實施提供重要的依據[3]。在后續工作中還需要加強對地質的前期勘測，例如在實際施工過程中要主動的進行超前定制的探測，提前預報巖爆很有可能發生的情況，并且預報發生率的大小。超前探測的方法包含了超前鉆探以及生反射等相關工作中，需要根據巖石地質的特點，綜合性的判斷巖爆發生程度的大小，之后再按照不同的指標進行科學的分析，逐漸的改善當前的工作方案，從而使前期開測效果能夠得到全面的提高。在實際勘測時需要做好數據記錄工作，根據后續的施工要求和標準，逐漸優化當前的工作方案，從而使勘測工作價值能夠得到全面的凸顯，保證后續施工的順利實施。

2.2 鉆孔中的預防

在鉆孔操作的過程中對地表應力的影響較為突出，并且也會出現一定的振動嚴重時會導致巖爆問題的發生，因此在實際工作中需要將預防意識落實到鉆孔的環境中，逐漸的改善當前的施工方案，減少巖爆問題的發生概率。在隧道內部要提前鉆孔，以此來掌握施工面的高低應力，也可以在圍巖內部進行注水，從而使表面張力能夠有所降低。超前鉆孔一般要使用鉆探孔通過地質鉆機或者是液壓鉆孔來進行打孔，直徑要控制在4-4.5cm左右，每個循環布置的孔數要為5個左右，深度大概為5～10m，必要時要進行科學的測量和當地地質情況進行相互的匹配，逐漸的改善當前的工作方案。在超前探孔中要先進行松動爆破，查看巖體本身的穩固性，之后再使用小炮陣列完整的巖體，向孔洞內部壓水，避免出現應力集中的問題。通過科學的管理，減少巖爆問題的發生概率，從而使整體施工安全性能夠得到全面的提高。在實際施工的過程中需要做好全面的監測，嚴格按照鉆孔的流程及標準來進行日常的管理，尤其是要加強對圍巖的監測工作，細致性的觀察現場的地質情況，根據整體的施工方案來進行科學的監測，從而使整體監測效果能夠得到全面的提高。在實際工作中需要根據鉆孔的工作程序預測地質情況所發生的變化，并且還需要對深部沖擊巖爆問題進行定量化的調整，指導鉆孔和開挖工作的順利實施，從而使整體施工安全系數能夠得到全面的提高。

2.3 施工的支護

由于一些巖爆在發生時具有突發性的特點，為了減少對現場工作所產生的損失，在實際工作中需要加強對整體施工支護的重視程度，逐漸改善當前的工作方案，從而使施工能夠具備較強的安全性。在爆破之后需要立即向側壁噴射鋼纖維或者是塑料纖維混凝土之后再利用鋼筋網進行加固，選擇正確的支護方法，逐漸提高現場的施工效果。必要時也可以架設鋼拱架或者提前搭建錨桿，為了減少巖層的暴露時間，要將安全意識落實到不同工作環節中，并且考慮各個敏感因素，科學的排布好現場的施工工序，從而使實際施工效果能夠得到全面的提高。在施工現場中也可以提前架設鋼木排架，如果在后續施工時出現爆裂響聲，要馬上進行支護工作，防止事故的發生，將影響因素的發生降到最低，逐漸的改善當前的工作方案，從而使施工效果能夠得到全面的提升。此外在后續工作中還需要在巖爆發生時迅速的封閉支護結構巖爆，規模較小時防控工作可以直接噴射混凝土，如果發生規模為中等時，在防護的過程中，需要在圍巖上加設鋼筋網和鋼筋類再噴射混凝土，如果發生規模較大時，需要馬上進行混凝土的襯砌施工，使圍巖和支護結構能夠緊密的結合，形成較強的自穩能力，使結構能夠具備較強的穩定性。在現場施工中，需要全面的監測實際的施工情況以及異常問題，融入先進的設施來進行全面的監測，及時的發現其中的異常問題，在短時間內提出更加科學的應對方案，或者提前制定與之對應的應急管理方法，減少在巖爆發生之后對現場施工所產生的損失，將安全意識落實到不同工作環節中，從而提高整體的施工效果。在進行支護施工時，要提前檢查支護結構本身的穩定性，和當地的條件進行相互的匹配，并且細致性的分析前期的勘測數據，按照現場情況選擇正確的支護結構，也可以在前期工作中進行必要的實驗，了解支護結構的穩定性，避免支護結構功能無法正常的發揮，而增加安全問題的發生概率。

3 結束語

在隧道施工中巖爆問題為常見影響因素影響了現場施工的安全性，因此需要相關管理人員加強對巖爆發生條件和原因的深入性分析之后，再結合以往工作經驗確定新型的防治方案，做好現場安全管理，搭建必要性的支護措施，并且進行不同施工環節的科學監測，做好數據的記錄工作，不斷的補充當前的防護方案，減少巖爆對施工所產生的影響。