1、1大风口隧道岩爆区段防治措施浅谈摘要：岩爆是围岩在高地应力场条件下所产生的岩片（块）飞射抛散，以及洞壁片状剥落等动力破坏现象，是地下工程施工的一大地质灾害。本文通过分析大风口隧道工程岩爆的特征及发生规律，提出了防止岩爆发生的施工措施，为大风口隧道施工安全和实体质量创造了有利条件。 关键词：公路隧道；岩爆；影响因素；防治措施 Abstract: rock burst is in high stress field of surrounding rock conditions generated sheet (block), and scatter shot out the cave walls
2、flake peeling and dynamic failure phenomenon, is a large underground engineering construction of the geological disasters. This paper through the analysis of wind tunnel engineering characteristics of mouth and occurrence of rock burst, this paper puts forward the construction measures to prevent ro
3、ckburst, wind tunnel construction safety and physical quality mouth have created favorable conditions. Keywords: highway tunnel; Rockburst; Influencing factors; Prevention and control measures 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 21 工程概况 大风口隧道为一座上、下分离的四车道高速公路特长隧道。左线长5003m，右线长 4985m。隧道位于中低山深切谷底斜坡地貌
4、区，隧道穿越中低山山脊下部，区内山脊最高海拔 1369m，隧道口海拔 525m。区内陡坡沟深，地形复杂，植被发育，水土保持较好，多生长灌木林。隧道穿越围岩级别有、三级，区内断裂构造发育，主要为两条扭性平推断裂带，五条张性正断层，断层不连续。隧道所穿山体为地表、地下水分水岭部位，地表水系不发育。隧道最大埋深约 790m，采用新奥法原理设计和施工，围岩岩性主要为灰岩、灰岩夹泥灰岩、泥灰岩夹灰岩、泥质粉砂岩，灰岩岩质坚硬、性脆。在隧道施工过程中，出现了不同程度的岩爆现象，本人针对岩爆的特点，认真分析研究，制定了切实可行的防治措施，取得了良好的效果。 2 岩爆的发生过程 隧道施工 YK16+010YK
5、15+930 里程段，埋深 420467m，围岩显示为灰岩，灰色，薄中厚层状，围岩产状 2971691263，岩芯较完整，无水，岩质较硬较脆。新开挖的岩壁有噼啪声响，首先出现单个裂隙，裂缝各自扩展直至相互贯通，将岩体劈裂成板，板片状岩片厚度 8cm 左右。洞壁岩体逐渐出现开裂，使洞壁岩体表面发生岩片剥落现象，并伴有轻微弹射现象，岩壁可见岩片剥落后的新鲜破裂面。经试验测得最大地应力 max 为 24.05Mpa，岩石天然单轴抗压强度 c 为105Mpa，max/c 为 0.21，属于轻微岩爆。 隧道施工 YK15+540YK15+410 里程段，埋深 568623m，围岩显示3为灰岩，灰色，中厚
6、层状，围岩产状 1891365231，岩芯完整，无水，岩质坚硬，脆性较强。新开挖的岩石发出清脆的爆裂声，似枪声，岩石被劈裂成棱块状、板状、透镜状岩片，厚度 520cm，岩爆持续时间较长。短时间内岩片弹射现象较多，爆坑最深达 40cm。现场试验测得最大地应力 max 为 47.56Mpa，岩石天然单轴抗压强度 c 为164Mpa，max/c 为 0.29，属于中等岩爆。 3 岩爆的成因及特点 3.1 隧道岩爆的成因 岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定，埋深越大地应力越大，岩体结构越完整，应力集中越明显，岩爆就容易发生，同时还发现与地下水、爆破等也有直接关系。 3.1.1 隧道埋深 工程施工
7、至 YK16+010 时，隧道埋深 420m，围岩为灰岩，岩质较硬较脆，发生了第一次岩爆现象，其后随洞深迈进、埋深逐渐增大，发生岩爆的频率、强度也随之上升和加强，证实岩爆与埋深密切相关。 3.1.2 地层岩性 洞内硬质岩的弹性模量、抗压、剪切强度都很高，而软质岩则较低。在开挖过程中由于岩体应力环境的改变，储蓄在硬质岩中较高的应变能就会突然释放而成岩爆。在软硬岩层相间地层，地应力调整中就可能导致硬岩层局部应力集中的增高，因而诱发岩爆。 3.1.3 地质构造 隧道岩爆发生的里程并不连续，间断里程段的围岩多为弱风化的灰4岩夹泥灰岩，局部有镶嵌结构，在随后的开挖中已证实，在断层破碎带及节理裂隙带发育区
8、段无岩爆发生。而断层破碎带附近完整岩体中，由于断层形成过程中的应力分异和后期可能的构造活动造成临近完整岩体中应力积聚，其储存的弹性应变能很大，当洞室开挖到此部位就易激发岩爆的发生。 3.1.4 地下水条件 岩爆基本上都是发生在干燥无水或少水地段，富水地段均无岩爆发生。因富水地段岩层一般破碎、裂隙发育并有局部溶蚀，岩石一般软化后强度低不利于弹性应变能的储存，而相反聚集在相邻完整岩层中。 3.1.5 岩爆与应力重分布关系 观察岩爆发生地段，由于所处地质条件不同，其岩爆强度也有明显差异，岩爆持续的时间也不一样。一般岩爆多在爆破后 25h 发生，间歇一段时间后又会再次发生并向深部发展。间歇时间极不规律
9、，从几个小时到几天不等。岩爆发生的频率与初次应力重分布的时间直接相关，一般是爆破后 45h 属岩爆最频繁的时间段，也是初次应力重分布的时间。当初次应力重分布圈形成后，由于岩石的爆落、松动将会出现二次甚至 34 次的应力重分布，在应力重分布过程中，造成了已施作的初支变形，初支混凝土表面开裂、剥落、掉块现象，直到围岩整体应力平衡。3.1.6 岩爆与爆破的关系 在完整硬岩隧道开挖时，为加快施工进度，一般采用大进尺、大药量、直眼掏槽光面爆破，对周边围岩造成挤压，形成较厚破碎圈，轮廓5面承受荷载瞬时大幅变化，导致裂纹的大规模瞬时扩展，伴随硬岩中集中应力的高速释放，围岩便会出现岩爆的现象。 3.2 岩爆的
10、特点： 通过对岩爆发生过程的研究和岩爆成因的分析，总结出岩爆有以下几个特点： 3.2.1 岩爆是岩石内部弹性应变能积聚后而突然释放的结果，故高地应力区的坚硬岩石最易出现岩爆，软弱岩石当弹性应变还不太大时，便产生塑性变形，不能形成岩爆。 3.2.2 岩爆发生时，常伴有声音，有的岩爆虽然不闻其声，但通过埋入岩石或与岩石面耦合的声接收器，仍可发现有声音发射现象。 3.2.3 岩爆的发生有一个过程，通常可分为三个阶段，即启裂阶段、应力调整阶段和岩爆阶段。从岩石内形成很多单个微裂隙，到微裂隙贯通形成张性隙丛，再到裂隙丛扩展造成较大裂隙，当应力调整超过岩石强度时发生岩爆。 4 岩爆的防治措施 通过对岩爆的
11、成因分析结合工程实践，制定了如下总体方案：遵循短进尺原则，爆破前先施作超前锚杆支护，超前钻孔减压，光面爆破，爆破后及时注水，增强支护参数，根据监控量测数据，然后紧跟二衬。 4.1 施作超前锚杆 在拱部开挖轮廓线 以外 15cm 施作超前锚杆，环向间距 40cm，外插角 510，锚杆的长度 3.5m。施作超前锚杆的作用是： （1)对下一循环洞室开挖起到支撑作用； 6（2)进行应力释放； （3)可以探测岩石情况，为下一循环洞室开挖提供资料。 4.2 超前钻孔减压 向掌子面方向钻打 40 的空钻眼 20 孔，深度 6m，此做法的目的是给围岩内部创造位移空间，允许围岩位移变形提前释放内部应力，从而达到
12、减轻或避免岩爆的目的。 4.3 开挖爆破 施工中采用浅孔多循环，光面控制爆破，微差起爆严格控制最大单方药量，调整钻孔作业顺序，改变布孔方式和掏槽方法，减轻对围岩的扰动，改善洞壁周边轮廓形状，降低破碎圈深度，改善围岩应力条件，以防止破坏性岩爆的发生。 爆破后立即向掌子面及附近洞壁喷洒高压水，以降低周边围岩的温度，从而控制岩石在开挖后的过度热膨胀。利用炮眼、超前钻孔空眼和锚杆孔，向深部岩体注水，使水渗到岩层的内部空隙中，起到减缓岩爆的作用。 4.4 增强支护参数 当隧道开挖后，将引起一定范围内的围岩应力重分布和高地应力的释放，在高地应力未完全释放前，及时进行初期支护，从外界及时给开挖后的岩石施加一
13、个力，去改善和平衡隧道周边分布的地应力。 锚喷支护能及时封闭岩体的张性裂隙和节理加固围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度。由于锚喷支护结构、格栅钢架柔性好，它能与围岩共同变形构成一个共同7工作的承载体系，调整围岩应力，抑制围岩变形发展，避免岩爆的产生。在处理轻微岩爆时，初期支护采用架立 22 格栅拱架（主筋间距12cm） ，间距 1.2m，铺设全断面 8 钢筋，钻打锚杆，和喷射混凝土。 处理中等岩爆时，初期支护采用架立 22 格栅拱架（主筋间距14cm） ，间距 1.0m，铺设全断面 8 双层钢筋，钻打锚杆，和喷射混凝土。4.5 加强选择适当的锚杆类型、锚
14、杆长度和密度 加强锚杆主要安装在可能发生岩爆和岩爆频繁发生的部位，安装方向尽量垂直洞壁面。一般选择摩擦力、膨胀力大的锚杆为宜，其长度和密度依据岩爆发生部位的围岩结构条件与岩爆的强烈程度而定。轻微岩爆时使用锚杆、垫板与钢筋网相结合的方式，约束岩块的位移，中等岩爆时采用锚杆垫板与岩面之间加设木板，木板将吸收岩体急剧变形的位移，同时木板还将岩体破裂面两侧的锚杆联系起来。 轻微岩爆锚杆连接构件中等岩爆锚杆连接构件 4.6 施工安全措施 岩爆一般在爆破后 45h 左右比较激烈，以后则逐渐趋于缓和，每次爆破循环之后，施工人员应躲避在安全处，待激烈的岩爆平息之后再进行施工，对于在拱顶部位由于岩爆所产生的松动
15、石块必须清除，以保证施工的安全，尤其是对于破裂松脱型岩爆，弹射危害不大，可采用清8除浮石的方法保障安全，在台车和其他设备上安装防护网、防护棚架，在开挖工作面及附近的岩爆地段加挂铁丝网，防止岩爆出现时岩块弹射、坠落伤人和损坏施工机具。 4.7 围岩变形监测 施工期间洞室围岩应力会不断地调整和变化，监测的主要目的是掌握隧洞围岩及支护的变形动态，以量测信息反馈指导施工，确保施工的安全性和经济性，同时也对设计起到一定的指导和检验作用，通过加强围岩变形监测，一旦发现支护严重变形时，就立即采取补强加固处理措施，在确保安全的前提下，加快施工进度。 4.8 紧跟二衬 待初期支护稳定后，清除初支表面的锚杆露头，铺设防水板，施工二衬混凝土，岩爆地段适当增加二衬强度、厚度，严重地段可采用钢筋混凝土。 5 结束语 岩爆的发生曾严重制约着大风口隧道的施工进度，但在掌握了岩爆发生的一定规律后，采取了以上施工措施，顺利地通过了岩爆地段，为大风口隧道的按期顺利贯通创造了有利条件，同时也为今后防治岩爆积累了丰富的经验。 参考文献 1关宝数.隧道工程施工要点集.北京:人民交通出版社,2003. 2李隽蓬.谢强.土木工程地质.成都:西南交通大学出版社,2004. 9
