隧道施工岩爆预防措施探讨

王嘉（四川川交路桥有限责任公司，四川广汉618300）

隧道施工岩爆预防措施探讨

王嘉（四川川交路桥有限责任公司，四川广汉618300）

随着交通运输业的发展，给隧道施工建设提出了更高的要求，而在隧道施工过程中，无法避免会出现岩爆的现象。因此本文通过对岩爆的基本含义、产生的基本条件进行简单的阐述，并对岩爆的基本类型进行分析，从而提出相关防治岩爆的措施，以期为类似工程提供借鉴。

防治岩爆；岩爆强度；防治结合

1 岩爆的含义

2 岩爆产生的基本条件

岩爆发生的两大基本条件是高地应力和坚硬围岩。地应力与埋深有关；坚硬围岩分别可用单轴抗压强压、脆性、围岩级别来衡量。因此，可用以下5项指标分别判断；其后再用5项指标综合判断岩爆强度级别。

2.1 高地应力

地应力一般包括构造应力，残存应力和岩体的自重应力，它有三个分量：即垂直应力，最大水平应力бmax和最小水平应力бmin，地应力大小与地质状况、地质构造、埋置深度、生成年代以及地壳运动等因素有关，但一般情况下关系最明显的是埋深H。地应力与埋深H的线性关系式如下。

2.2 埋深

一般而言，埋深越大，地应力越大，发生岩爆的可能性就越大。

据悉，作为实力雄厚、经验丰富的世界矿业巨头，BHP旗下的主要矿产项目都具有规模大、成本低、寿命长的特征，同时由于加拿大距离中国海运运距较短，Jason项目对中农进口钾肥从原产地、品质、物流等方面都是关键性的补充。而中农控股作为国内化肥流通主要力量，渠道资源丰富。随着销售网络的不断扩大和加深，中农控股更加确立了稳定并扩大供应体系的战略，与BHP的签约为公司钾肥货源提供了新的强有力的支撑，进一步完善了公司钾肥供应体系。

2.3 岩石单轴抗压强度бc

岩石单轴抗压强度бc与岩爆强度的关系如表1所示。

表1 岩石单轴抗压强度бc与岩爆强度的关系

2.4 岩石的脆性

岩石的脆性程度与岩爆发生有直接关系，工程实例统计，岩爆大部份发生在石英岩、片麻岩、花岗岩、闪长岩、正长岩、大理岩、灰岩、白云岩等，共同的力学特性都是脆性。

2.5 围岩级别

岩爆强度除上述4项条件以外，还与岩体构造如节理、裂隙、地下水等因素有关，围岩级别恰是这诸多因素的综合指标，因此，也可用围岩级别来判断岩爆强度。

由于岩爆本身的复杂性以及隧道或地下工程不同里程、不同部位岩体的多样性，各单项指标分别评级的结果可能有不一致的现象，对此，只要5个指标中有3～4个相同，即可认定为该相同结果的岩爆强度［1］。

3 岩爆的基本类型

3.1 破裂松脱型

围岩爆裂呈块、板、鳞片状，经过一段时间才从母岩表面自上而下坠落，弹射距离小，弹射速度＜2.0m/s。此类为微弱岩爆。

3.2 爆裂弹射型

爆裂声响如同鞭炮。围岩爆裂呈块（片）状弹射或剥离，多为中间厚周边薄的鳞片，较大者达直径D=0.3～5.0m，厚度h= 0.1～0.3m，弹射速度一般约2.0～5.0m/s，发生的部位一般多在新开挖工作面及其附近的拱部，岩爆发生前常有如破竹劈啪声的预兆，作业人员和设备可以提前躲避。此类为中等岩爆。

3.3 爆炸抛石型

爆裂声响如同炮弹爆炸。巨石抛射，体积达数立方米甚至数十立方米，抛射距离达数米甚至一、二十米，速度一般＞5.0m/s。多发生在新开挖工作面放炮后数分钟内。唯一的措施只有躲避。此类为强烈岩爆。

4 目前常用的防治岩爆的措施

4.1 岩爆的处置原则

建议遵循“一躲；二防；三治”的先后顺序原则。

（1）躲避：当遇到爆裂弹射型（中等岩爆）或者爆炸抛石型（强烈岩爆）岩爆时，人力不可抗拒，非躲不可，别无他法。看似消极被动，其实是避其不必要的伤亡，是最安全、最经济、最有效的办法。待岩爆趋于稳定以后，再寻求恰当防治措施，此为上策。

（2）防：当进入可能发生各类型岩爆地段之前或之中，根据前述判定的岩爆强度，有预见性有针对性的采取恰当的技术措施，以防止岩爆的发生或降低岩爆强度或滞缓岩爆发生的时间，是主动、积极的行为。

（3）治：是指在“防”的基础之上，新增加或强化己实施的各种技术措施以治理岩爆，达到不发生伤害的程度，使作业人员彻底感到有安全感。

4.2 防治岩爆常用措施

4.2.1 以改变地应力为切入点的措施

（1）先导坑、后扩挖。对于大断面或特大断面的隧道（洞室）在断面内适当位置，先行掘进1个15～30m2左右的小导坑，以提前释放一部份地应力，然后扩挖至设计断面。

（2）短进尺、光面、弱爆破。每循环进尺控制在1.8～2.0m左右，以减小地应力释放的面积和空间，且有利于快速完成初期支护；岩面平顺减少应力集中，弱爆破则减小对围岩的扰动，避免诱发地应力二次释放和爆破动力与地应力叠加引起岩爆。

（3）超前应力解除（释放）。在掌子面钻掘进炮孔的同时，加钻一些比掘进孔加深2～3m左右仅在末端装炸药的“应力解除孔”，再加钻一些不装炸药的“容积补偿孔”，加钻的两种孔深基本同深。本措施在锦屏二级水电站辅助洞和引用水洞中采用过，有一定效果。

（4）孔内注水、高压喷水。地应力常与地温有关，利用炮孔和锚杆孔向岩体内注了水，另外在放炮排烟后，出碴之前，直接向岩壁喷水以软化表面，两者均可降温降低地应力和促进地应力释放与调整；同时降低岩体强度，增加“韧性”减小脆性。

4.2.2 “防、治”结合的综合支护措施

（1）超前锚杆。对于强烈岩爆，在掌子面打超前锚杆，对开挖面前方围岩进行‘锁定’采用摩擦型锚杆即可，锚杆环向间距0.5～1.0m，锚杆长度必须＞开挖循环进尺的2.0～2.5倍。

（2）“随机锚杆”。掌子面放炮排烟后，虽经2～3次找顶处理危石，但难免仍有较大危石，其次，据统计，距掌子面后6～12m范围内乃是“岩爆活跃区”，掌子面开挖后5～20h（最长达65h）是“岩爆活跃期”常有不规则的裂缝警示有危险因素存在；因此，随机性的加打若干锚杆对防治岩爆十分有效。

（3）喷钢纤维混凝土。在放炮通风排烟找顶处理危石之后，先暂不进行出碴作业，快速喷钢纤维混凝土，迅速封闭岩面裂缝并使岩面平顺，由于钢纤维混凝土较之素混凝土具有更大的柔性和抗剪能力［2］。

（4）锚、喷、网联合支护。即采用常规的锚喷网工法施作，必要时可采用双层挂网和混凝土中掺外加剂，使混凝土增强、早强、速凝。形成具有相当强度又有柔性的支护体系，能承受较大的动、静荷载引起的变形而表层不开裂，抑制岩爆的发生。

（5）二次衬砌。经过上述一系列的措施之后，岩爆己被基本治住，但未必彻底，及时施作二次衬砌（多数为钢筋混凝土）及其墙后注浆，将岩爆‘彻底’治理，确保工程安全使用。

［1］边鹏飞，赵宗智.苍岭隧道施工岩爆预防与防治［J］.公路交通技术，2009（02）：137～139.

［2］赵亚军.西柏坡隧道施工岩爆预防与防治［J］.交通世界（建养·机械），2010（12）：182～184.

U457

A

2095-2066（2016）30-0182-02

2016-10-12

王嘉（1980-），男，四川苍溪人，中级工程师，本科，从事土木施工管理工作。