隧道施工中岩爆的成因及预防探讨

[摘要]本文主要从隧道施工常见的岩爆的概况及其特点种类、岩爆的成因及其预防与防治措施进行论述，进一步探讨隧道工程中岩爆现象，提出预防岩爆的措施。

[关键词]隧道施工、岩爆、特点、成因、预防

Abstract: This paper mainly from the tunneling rockburstprofiles and characteristics of types of rock burst causes andprevention and control measures are discussed further explore the rock burst phenomena in the tunnel project,proposed measures to prevent rock burst.Keywords: tunneling, rock burst, characteristics, causes,prevention

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

引言

隧道工程施工中出现的岩爆现象，它具有高发性及突发性的特征，严重威胁着施工人员安全，破坏设备，大大影响施工开展，并会破坏初期支护，严重还会诱发地震隐患，目前岩爆是硬岩隧道勘测设计的重点，也是施工中必须考虑的一项重要内容。

1岩爆的概述

岩爆，也称冲击地压，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。

一旦出现岩爆，常会严重破坏开挖工作面，损坏施工设备，甚至造成人员伤亡。轻微的岩爆一般无现弹射现象，只是岩片剥落，而严重的岩爆则可能检测到4.6级的震级，而且可能持续几天甚至数月。

2岩爆的特点及其种类

岩爆的特点：

（1）岩石砂岩为主且坚硬干燥，岩爆发生之前，征兆不明显，即使仔细寻找也未能发现响声，一般勘察人员认为不会掉落石块，但岩石却会突然发出爆裂声响并散落石块。

（2）一般新开挖的掌子面及距离掌子面1-3倍洞径范围内最常发生岩爆，个别岩爆个也会远距于新开挖工作面。

（3）岩爆时会破坏围岩，破坏的规模在几厘米厚，甚至达到几吨重。围岩破坏较小的，其形状具有中间厚、周边薄特点，并带有不规则的鱼鳞片状脱落,与岩壁平行脱落面。

（4）发生岩爆围时，在破坏岩的过程中，新鲜坚硬的岩体先发出声响，并伴随片状剥落的裂隙一起出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆。

（5）受爆破振动影响，会使开挖洞段应力重新分布，导致碛头较大面积岩爆，爆落出的小块鱼鳞片状碎屑，这些碎屑严重时堵塞整个巷道。

岩爆的种类主要包括四种：（1）轻微岩爆 ；（2）中等岩爆；（3）强烈岩爆；（4）剧烈岩爆。

3岩爆产生的原因

3.1隧道埋深影响

水平构造应力较大的地区出现岩爆的概率较大；当洞室埋深较大却无构造应力，但受到上覆岩体自重效应时，洞室也有发生岩爆的可能性。在施工过程中，在偏压及深埋的隧道中钻制炮眼， 出现下列情况时，围岩也可能发生小规模岩爆：（1）邻近孔眼之间的距离不合理；（2）光爆效果不符要求；（3）开挖后的洞穴形状不圆；（4）没有及时进行喷锚支护等。

3.2 结构面因素

岩爆优势面定义：对岩爆的形成、分布、强烈程度等具有控制作用的软弱面或断裂(节理)。岩爆优势面控制着地应力的大小、方向和分布，另一方面控制着岩体的结构类型和破坏模式。研究表明：整体性好、强度高的岩体更容易产生岩爆。

3.3 地下水因素

在隧道工程中，地下水的存在对该部位具有降温和软化作用，有地下水的岩体发生岩爆几率小，相反，当隧道内干燥无水，埋深较大，且岩体结构面不发育时，便容易发生不同程度的岩爆。

3.4 高地应力影响

研究表明近代构造活动山岩体内具有较高的地应力，而且储存的应变能也大，若储存的部分能量大于硬岩石自身的强度时，容易引发岩爆，一般表现在深埋地下的石灰岩、花岗岩、石英岩或玻璃质火山岩等岩石。

3.5岩层受到压力作用

深埋中的岩层上面覆盖着岩石，使岩层周围承载着较大的岩石的重量，活动性断层也影响着深埋岩层，未开挖前，岩层便同时承受着三对压力作用，三对压力的特点是大小相等但方向相反，压力之间相互抵消，岩层在这种平衡作用下，保持相对静止状态的变形运动。进行隧道开挖后，隧道坑道内一些原来具有受力作用岩体被移走，引起岩层周围的压力发生改变，形变也改变，导致变化的压力旨在实现新的平衡，这种情况下发生岩爆的可能性极大。

4岩爆的预防及防治措施

施工前为保证岩爆地段的安全性，施工方需要采取积极主动的预防措施，并加强支护工作，最大限度降低岩爆的发生率及其产生的危害。

4.1提前勘测，确定应力

施工前进行勘测，根据勘测资料建立概念模型和数学模型，利用三维有限元数值，对建模进行运算及反演分析，并对隧道模拟不同的开挖工序，初步落实施工区域地应力的数量级，研究容易发生岩爆的部位及里程，以优化施工开挖方案，优化支护顺序，提供初步理论依据预防岩爆。

4.2加强地质探测

施工过程中，进行主动超前的地质探测，提前预报岩爆可能发生的情况，并预报地应力大小。超前探测的方法有：超前钻探、声反射和地温探测，同时观察岩石地质的特性，来综合判断岩爆高地应力大小，推测发生岩爆的可能性。

4.3钻孔预防

在隧道内打设超前钻孔以便转移掌子面的高地应力，也可以在围岩内注水，以降低其表面张力。超前钻孔一般使用钻探孔，通过地质钻机或液压钻孔台车在围岩掌子面打设钻孔，钻孔直径要求4.5厘米，每个循环布置的孔数约为4-8个，深度为5-10米。必要时，如果预测到较高的地应力的做法：（1）在超前探孔中进行松动爆破；（2）使用小炮震裂完整岩体；（3）向孔内压水，这些均可避免应力集中。

4.4加强监测，以指导开挖与支护

隧道施工工程中，应该加强围岩的监测工作，对现场围岩和支护结构进行观察，观察辅助洞拱顶下沉的变化、两维收敛的变化、锚杆测力计变化以及多点位移计读数的变化，对预测滞后发生的深部冲击型岩爆进行定量化，有利于指导开挖，指导支护施工，确保隧道施工安全。

4.5加强施工支护

爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维，或喷射塑料纤维混凝土，再用锚杆和钢筋网进行加固，这就是支护方法。必要时，支护工作还可以架设钢拱架，或者打设超前锚杆。为减少岩层暴露的时间，降低岩爆的发生率以及保证施工人员安全，开挖工序后必须紧接衬砌工序，必要时可进行跳段衬砌。同时，还需预先准备临时钢木排架等，一旦听到爆裂响声，便立刻进行支护工作，防治事故发生。

4.6发生岩爆迅速封闭支护围岩

岩爆规模小时，防护工作可以直接喷射混凝土。岩爆规模中等时，防护工作可在围岩上加设钢筋网和钢筋肋后，在喷射混凝土。岩爆规模较大时，防护工作必须立即进行衬砌混凝土施工，保证围岩和初期支护紧密结合在一起，使其形成新的自稳能力。

4.7使用水胀式锚杆

岩爆常易发生在围岩开挖４小时之后，利用水胀式锚杆施工方法，能够提前2小时完成施工，而且此方法操作简单，其锚固实现只需利用水压作为介质即可，无需待黏结剂变干后再操作。

5结语

隧道工程中的岩爆灾害，提前预测远远重要过发生后的防治，特别适用于西部大埋深山岭地区。对岩爆的预防应运用完善科学的预测理论，利用先进合理的预防与防治方法。目前，针对隧道和地下工程，其当务之急是研制更先进的预防与防治设备以及相应措施，此外，还应重视岩爆过程中应力重分布的测试工作。

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