李建臣

摘 要：本文根據(jù)北山隧道內(nèi)發(fā)生巖爆的實(shí)際情況，對(duì)隧道巖爆地質(zhì)段的巖性及工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，參考相關(guān)資料對(duì)巖爆進(jìn)行預(yù)測(cè)，并采取有力措施進(jìn)行防治，提高巖爆地質(zhì)隧道施工的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：巖爆；預(yù)測(cè)與防治；施工；隧道開挖

1 概 述

青榮城際鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為250km。本標(biāo)段施工的北山隧道位于牟平區(qū)境內(nèi)，屬低山丘陵區(qū)，地形起伏大，基巖大部分裸露，山體植被不發(fā)育，最大埋深161.2m。進(jìn)出口位于緩坡處。隧道范圍內(nèi)地層巖性單一，主要為片麻狀黑云二長(zhǎng)花崗巖。地下水類型主要為基巖裂隙水，溝谷發(fā)育處雨季地下水較豐富，地下水受降水影響較大。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

開挖過程中，洞室邊墻、頂拱部位發(fā)生一定程度的低巖爆活動(dòng)，給現(xiàn)場(chǎng)施工人員、設(shè)備安全造成威脅。目前已采用開挖面噴水濕潤(rùn)、錨噴支護(hù)、邊頂拱掛柔性防護(hù)網(wǎng)，派有經(jīng)驗(yàn)的人監(jiān)護(hù)、理論分析等方法，結(jié)合施工過程中實(shí)際問題，采取了一系列行之有效的措施，順利的完成了施工任務(wù)。

2 巖爆預(yù)測(cè)

2.1 巖爆的概念

巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應(yīng)變能的突然釋放，是一種巖石破裂過程失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.2 巖爆形成的條件

以下幾種情況可能發(fā)生巖爆：①近代構(gòu)造活動(dòng)山體內(nèi)地應(yīng)力較高，巖體內(nèi)儲(chǔ)存著很大的應(yīng)變能，當(dāng)該部分能量超過了硬巖石自身的強(qiáng)度時(shí)；②圍巖堅(jiān)硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲(chǔ)存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，當(dāng)應(yīng)力解除后，回彈變形很小；③埋深較大（一般埋藏深度多大于200m）且遠(yuǎn)離溝谷切割的卸荷裂隙帶；④地下水較少，巖體干燥；⑤開挖斷面形狀不規(guī)則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷面變化造成局部應(yīng)力集中的地帶。

3 巖爆防治

3.1 國內(nèi)主要防治方法

目前我國隧道、地下洞室在施工過程巖爆防治措施主要有以下幾方面：

（1）改善圍巖物理力學(xué)性能。在掌子面（開挖面）和洞壁經(jīng)常噴撒冷水，可在一定程度上降低表層圍巖強(qiáng)度。根據(jù)研究表明，對(duì)于非堅(jiān)硬巖體，采用超前鉆孔高壓均勻注水，可以通過三方面作用來防治巖爆：①可以釋放應(yīng)變能，并將最大切向應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移；②高壓注水的楔劈作用可以軟化、降低巖體強(qiáng)度；③高壓注水產(chǎn)生了新的張裂隙，并使原有裂隙繼續(xù)擴(kuò)展，從而降低了巖體儲(chǔ)存應(yīng)變能的能力。對(duì)于具有高地應(yīng)力的堅(jiān)硬巖體來說，巖體內(nèi)裂隙由于受到注水的潤(rùn)滑作用又能觸發(fā)引起“地震”，結(jié)果往往起不到應(yīng)有的軟化圍巖作用。鉆孔注水的有效性在堅(jiān)硬巖體中的高地應(yīng)區(qū)是值得討論的。在此高地應(yīng)力區(qū)，注水后其封閉應(yīng)力可能以巖爆的方式釋放。

（2）改善圍巖應(yīng)力條件。根據(jù)國內(nèi)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，巖爆洞段盡量采用鉆爆法施工，短進(jìn)尺掘進(jìn)；減小藥量，控制光面爆破效果，以減小圍巖表層應(yīng)力集中現(xiàn)象。輕微、中等巖爆段盡可能采用全斷面一次開挖成型的施工方法，以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。強(qiáng)烈以上的烈度巖爆地段，必要時(shí)也可采用分部開挖的方法，以降低巖爆的破壞程度，但在施工中應(yīng)盡量減少爆破振動(dòng)觸發(fā)巖爆的可能性；采取超前鉆孔應(yīng)力解除、松動(dòng)爆破或振動(dòng)爆破等方法，使巖體應(yīng)力降低，能量在開挖前釋放。目前，不少學(xué)者推薦用分部開挖的方式減少巖爆的發(fā)生，但增加開挖的次數(shù)并不有利，多一次開挖就多一次遇到巖爆的機(jī)會(huì)，甚至?xí)l(fā)生剪切破壞巖爆。

（3）加固圍巖。對(duì)不同烈度的巖爆采用不同的加固處理措施。對(duì)于低巖爆，可實(shí)施全斷面光面爆破開挖；爆破、通風(fēng)、找頂后，洞壁、掌子面撒水3遍，每遍相隔5～10min，使開挖巖面充分濕潤(rùn)，撒水噴頭水柱不小于10m；打洞壁環(huán)向應(yīng)力釋放孔；設(shè)置掛網(wǎng)噴射混凝土初期支護(hù)。對(duì)于中等巖爆，除實(shí)施全斷面光面爆破開挖外，必要時(shí)可作30～50m超前導(dǎo)洞，導(dǎo)洞直徑可不大于5m，作為巖爆超前預(yù)報(bào)和釋放地應(yīng)力；同樣在爆破、通風(fēng)、找頂后，洞壁、掌子面撒水3遍和打洞壁環(huán)向應(yīng)力釋放孔；掛網(wǎng)噴射混凝土初期支護(hù)；設(shè)置徑向系統(tǒng)錨桿。對(duì)于強(qiáng)烈以上烈度巖爆段，多采取加深加密系統(tǒng)錨桿，并加墊板；掛整體網(wǎng)；進(jìn)行3次三循環(huán)噴混凝土；格柵鋼架支撐等措施。

3.2 針對(duì)本隧道的防治措施

主要采用加固圍巖、改善圍巖應(yīng)力條件、改變圍巖物理力學(xué)性質(zhì)和加強(qiáng)施工人員及設(shè)備的安全防護(hù)等措施。

（1）加固圍巖措施

①噴射鋼纖維混凝土。噴混凝土作用主要是將未清除干凈的小石塊黏結(jié)在一起。鋼纖維混凝土比普通混凝土有大得多的柔性，能承受較大變形。若巖爆繼續(xù)發(fā)展，可從噴層的開裂和剝落上觀察出來，及時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步加固。

②施作系統(tǒng)錨桿。主要作用是防止洞室周邊巖體壁裂、剝落、巖體塌落。施工鉆孔還可解除巖石中部分應(yīng)力。當(dāng)掌子面發(fā)生巖爆時(shí)，向掘進(jìn)前方打超前錨桿加固。錨桿長(zhǎng)度一般采用兩倍的爆破進(jìn)尺長(zhǎng)度，且采用膨脹錨桿，可以將巖爆對(duì)隧道掘進(jìn)的干擾降低到最低程度。

③采用鋼筋網(wǎng)，并加連接筋，配合錨噴支護(hù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固，這主要用于中等巖爆。

④采用鋼筋網(wǎng)或鋼支撐配合錨噴支護(hù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固，這主要用于劇烈?guī)r爆。

⑤掛柔性防護(hù)網(wǎng)，及時(shí)掛柔性防護(hù)網(wǎng)，懸掛部位在已發(fā)生巖爆較頻繁的中頂拱部位，在錨筋上固定掛柔性防護(hù)網(wǎng)，并與巖面密貼。

⑥及時(shí)封閉圍巖，對(duì)圍巖暴露進(jìn)行保護(hù)加固，同時(shí)二次襯砌及時(shí)跟進(jìn)，減少由于應(yīng)力過度釋放造成的圍巖松軟。

（2）改善圍巖應(yīng)力條件措施

①合理的開挖程序和方法。采用打超前小導(dǎo)洞，預(yù)釋能量，并且作超前膨脹錨桿。二次擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)規(guī)格線，可大大改善巖爆區(qū)圍巖的應(yīng)力狀況，減弱巖爆的發(fā)生。超前小導(dǎo)洞一般采用斷面為5m×5m（寬×高）或5m×6m，以便裝載機(jī)出碴，超前小導(dǎo)洞超前擴(kuò)挖面10～15m；如果巖爆發(fā)生在剛放完炮后，則推遲出碴，待巖爆后再出碴。

②控制爆破。施工中采用淺孔多循環(huán)，嚴(yán)格控制最大單響藥量，以減輕對(duì)圍巖的擾動(dòng)；嚴(yán)格控制光爆孔造孔質(zhì)量，減少局部地段發(fā)生突變，從而改善圍巖的應(yīng)力條件，以防止破壞性巖爆的發(fā)生。

③加強(qiáng)光面爆破效果，減小應(yīng)力集中。

（3）改善圍巖物理力學(xué)性質(zhì)

主要在掌子面（工作面）和洞壁經(jīng)常噴撒冷水，降低表層圍巖強(qiáng)度。對(duì)已開挖成形的邊頂拱、噴護(hù)的混凝土和開挖成形掌子面及時(shí)進(jìn)行噴水，降低脆性，以增強(qiáng)抵抗地應(yīng)力變形的能力，從而減少巖爆發(fā)生。

（4）作業(yè)人員防護(hù)。加強(qiáng)作業(yè)人員防護(hù)：危險(xiǎn)期作業(yè)人員穿防砸背心，穿防砸鞋可有效預(yù)防巖爆產(chǎn)生的飛石擊傷。作業(yè)時(shí)派有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行監(jiān)護(hù)，發(fā)生異常時(shí)及時(shí)撤離作業(yè)人員。

4 結(jié) 論

本標(biāo)段的北山隧道開挖，施工條件較復(fù)雜，巖爆的發(fā)生具有不可預(yù)見性和突然性。在北山隧道施工中得到以下幾點(diǎn)啟示：

（1）對(duì)可能發(fā)生巖爆的區(qū)域，采用理論分析、宏觀調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線監(jiān)測(cè)及微震觀測(cè)等方法探索巖爆的預(yù)報(bào)。

（2）多觀察、多記錄、多分析，及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)問題，杜絕不安全因素，積極采取預(yù)防措施。

（3）必須加強(qiáng)安全巡視及安全監(jiān)督。對(duì)可能發(fā)生巖爆的區(qū)域加強(qiáng)對(duì)巖爆時(shí)間、部位及地質(zhì)情況的統(tǒng)計(jì)分析和資料收集。對(duì)已發(fā)生的巖爆進(jìn)行詳細(xì)記錄：如圍巖類別、最大單響、埋深、時(shí)間、地點(diǎn)、傷害情況等等，以便進(jìn)行數(shù)理分析，制定防范措施。