隧道防岩爆施工技术

罗永超

摘要：本文介绍了隧道岩爆的基本特征、强度分级、预防及应急处理措施。 关键词：隧道、岩爆、特征、分级、预防、措施 1 前言

隧道产生岩爆的条件是多方面的，如何预测岩爆的存在，各国对此都有不同的判别方法，根据我国近十几年来修建公路、铁路隧道以及水电工程的施工实践来看，主要有5个方面的条件，即如下所列的5项指标：

(1) 岩石的强度Rb≥80MPa； (2) 岩层中的原始初应力σ0≥(0.15～0.2)Rb； (3) 围岩的级别：Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ级； (4) 隧道的埋深H≥50m； (5) 岩石干燥无水，呈脆性，节理基本不发育。

式中 σ0为原始最大主应力；σc为岩石的单轴抗压强度，即Rb。

一般来说，发生岩爆的隧道基本上能同时满足这5个条件。但是，也有极少数的隧道，在并未完全满足这5个条件的情况下，也出现了岩爆，且有的岩爆的强度还不低。因此，为了更具普遍性，只要满足其中任意三项指标时，即可判定岩爆的存在。

隧道施工中可能发生岩爆时，应遵循以防为主，防治结合的原则，对开挖面前方的围岩特性，水文地质情况等进行预测、预报，当发现有较强烈岩爆存在的可能性时，应及时研究施工对策措施，作好施工前的必要准备。

2 隧道岩爆的基本特征

岩爆发生时，根据所表现出来的基本特征分为如下三类：

(1) 破裂松脱型：围岩呈块、板、鳞片状爆裂，爆裂声微弱。爆裂的岩块需经过一段时间后才从母岩表面弹射下来，弹射距离较小。弹射速度一般小于2m/s，部分岩块是自上而下的坠落。此类型为微弱的岩爆。

(2) 爆裂弹射型：岩片的弹射及岩粉的喷射，爆裂声响如同鞭炮，爆出的岩块成片状弹射或剥离，射出来的岩块多为中间厚、周边薄的鳞片，其较大的块体达到直径D=0.3～0.5m、厚度h＝0.1～0.3m，岩片弹射的速度一般约为2.0～5.0m/s，发生的部位一般在新开挖的工作面及其附近的拱部。岩爆发生前连续发生有如破竹般的劈啪声，发生后有岩粉尾随出现。发生岩爆的洞壁岩面一般光滑平整。此类型为中等岩爆。

(3) 爆炸抛石型：巨石抛射，声响如炮弹爆炸，抛石体积有数立方米至数十立方米，抛射距离数米至一二十米。弹射的速度一般大于5m/s，岩爆部位集中于爆破后的开挖面。岩爆发生在爆破后数分钟内，并很快趋于平稳。此类型为强烈岩爆。

3 隧道岩爆强度的分级

关于对岩爆强度进行分级，目前国内尚无统一标准，但是作为施工规范，如果没有一个定量的标准，就无法有效地指导施工,现介绍的分级标准系经验所得。

根据岩爆可能发生的条件下，针对不同的级别，采取相应的对策措施，以有效地降低岩爆的强烈程度，从而提高施工的安全性。

对于各种强烈程度的岩爆，通过向开挖面进行洒水和钻孔注水一般都能起到明显的效果，因为水能通过节理渗入围岩内部，进而软化围岩，降低围岩的弹性模量E及内部的c、φ值，从而降低了岩爆的强烈程度。

对于双线或双线以上隧道的强烈岩爆，除了在洞内进行注水外，可以先行贯通一个小导坑，让其提前进行应力释放，待一段时间以后，再进行隧道的开挖，这时岩爆的强度就大大降低了。

岩爆强度大小的分级表

分项指标 分 级 微弱岩爆 中等强度岩爆 强烈岩爆

4 岩爆隧道施工技术 4．1岩爆预测

在岩爆隧道施工过程中，应采用下列方法进行地质预报： ⑴ 以超前探孔为主，辅以地震波，电磁波、钻速测试等手段。

⑵ 开挖面及其附近的观察预报，通过地质的观察、素描，分析岩石的“动态特性”，主要包括岩体内部发生的各种声响和局部岩体表面的剥落等。

⑶ 采用工程地质类比法进行宏观预报。 4．2 岩爆预防措施

根据预测岩爆强度大小对其进行严格分级，针对不同的岩爆级别采取下列技术措施： 微弱岩爆地段，可直接在开挖面上洒水，软化表层，促使应力释放和调整。

中等岩爆地段，在隧道开挖断面轮廓线外10～15cm范围内，在侧壁及拱部，打设注水孔，并向孔内喷灌高压水，软化围岩，加快围岩内部的应力释放。

对双线或多线隧道，可先掘进贯通一个断面积为15～30m2的小导洞，使岩层中的高地应力得以部分释放，再进行隧道的开挖。

4．3 岩爆隧道施工要求

在可能发生岩爆的隧道中施工，应遵循下列要求： ⑴ 一般情况下应适当控制循环进尺。

⑵ 采用光面爆破技术，使隧道周边圆顺，降低岩爆发生的强度。 ⑶ 采用网喷钢纤维混凝土，应采用喷射机械手进行作业。

⑷ 对于岩爆强烈的开挖面，可采用超前锚杆，对开挖面前方的围岩进行锁定。

⑸ 在拱部及两侧侧壁布置预防岩爆的短锚杆，锚杆长度宜为2m左右，间距宜为0.5～1.0m，并与钢纤维喷射混凝土联合使用，形成喷锚加固作用。

4．4 岩爆处理措施

隧道施工中，一旦发生岩爆，应立即采取下列应急处理措施：

⑴ 停机待避，同时进行工作面的观察记录，如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等。 ⑵ 在工作面、侧壁和拱部，每一循环内进行2～3次找顶、排险。 ⑶ 多次在开挖面上洒水，软化表层，促使应力释放和调整。 ⑷ 采用能及时受力的锚杆。

⑸ 及时喷射钢纤维混凝土，厚度宜为5～8cm。

⑹ 当用台车钻眼，岩爆的强度在中等以下时，可在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板，避免岩爆弹射出的块体伤及作业人员和砸坏施工设备。

2

σ0 / Rb 0.15～0.25 0.20～0.35 ＞0.30 围岩级别 Ⅱ、Ⅲ Ⅱ、Ⅲ Ⅰ、Ⅱ 埋深h(m) ＜200 200～700 ＞700 Rb (MPa) 80～120 120～180 ＞180 5 施工经验总结 工程概况

超前地质预报，地质的观察、素描

掏槽眼超前，光面爆破：炮眼间距，设中空眼，周边眼红线延时 及时洒水软化表层，促使应力释放和调整。

多次找顶、排险，专人观测，包括岩体内部发生的各种声响和局部岩体表面的剥落等 在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板 及时初喷

在拱墙局部布置预防岩爆的短锚杆，锚杆长度为2m左右，间距1.0m，并与钢筋网片联合使用，形成喷锚加固作用。

一旦发生岩爆，停机待避，同时进行工作面的观察记录，待稳定后，并多次在开挖面上洒水， 局部加强支护。

6 结束语

本隧道围岩级别以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主，围岩岩性较完整，属于花岗片麻岩，岩质较硬，保证了工程质量和工期，取得了显著的效果

3