浅析隧道岩爆综合防治施工技术措施

摘 要：岩爆是隧道或地下隧道的施工中一种较为严重的灾害现象。一般以岩石、岩体、围岩结构的突然性爆裂，并伴以岩石碎片的弹出为主要现象。施工过程中出现的岩爆现象，不仅会对人以及设备造成影响，还会使工程超挖，降低支护结构在工程中的效果，同时也正因为如此，会造成一定程度的地表沉降，不利于施工的继续进行。通过研究岩爆的成因等方面的因素，对岩爆进行系统的了解，减少施工中人为影响产生的岩爆现象，维护安全生产的正常进行。

关键词：岩爆；形成原因；防治措施

岩爆是在岩体中由弹性形变的势能不断累积在一定的条件下突发性剧烈释放的现象，一般会伴随着岩石爆裂等现象，通常情况下烈度较高的岩爆现象还会伴随着将岩石碎片进行弹射和地基变动现象，轻度的岩爆则仅仅有岩片的掉落，并无弹射现象。

由于岩爆是一种失稳现象，因此在深埋的地下施工中，常常因为地下施工对岩体的力学平衡状态造成影响而发生，轻微岩爆对于工程施工影响甚微，但是中度岩爆和重度岩爆对于施工工人和设备的影响十分巨大，同时因为剧烈岩爆后会对工程开挖造成大范围超挖，削弱了初期支护对工程形成保护的能力，容易引发隧道工程发生多次事故。在隧道的组织、施工以及生产安全的建设中，对岩爆现象进行研究，提前发现、提前处理，减少工程中受到岩爆威胁情况的发生，对于隧道工程建设来讲有着非常重要的意义。

1 隧道施工中岩爆的形成原因

通常情况下在隧道的施工中发生的岩爆现象主要是由两方面形成：内因方面，由于岩石的内部结构中存在对于能量有储存能力的高储能体，在其储存的能量接近或者超过岩体的强度以及周围结构的承受能力，就会产生岩爆现象；外因部分，由于施工等其他外界因素影响，对岩体增加了新的附加的荷d，破坏了岩体原本平衡但脆弱的力学平衡状态。

在应力较为集中或应力较大的地区或者环境中，而岩体中又具有较高脆性和硬度，由于隧道掘进过程中对周围的围岩受力情况不断地造成影响，使围岩中的受力不断增加逐渐接近围岩可接受的强度极限时，围岩本身具有的裂缝持续增大，此时，即使环境中产生细微的改变也会使围岩出现一定程度的断裂现象，进而发生岩爆。

在对具有截面较大的硬岩进行隧道的开挖施工时，出于施工进度等方面的考虑，会对硬岩地区采用直眼掏槽的大药量、大进尺的光面爆破，此类爆破虽然可以加快施工效率和施工进程，但是由于爆破过程中爆破对岩体产生的破坏以及不同的炮层中起爆顺序不同，在爆破眼位的起爆过程中会对开挖的掌子面等部位造成载荷的剧烈变化，由于巨大的力学传动以及各爆破孔应力的累加，会产生大量不同来源，不同方向，不同效果的应力，这些应力会在微观上对围岩造成影响，使围岩的累积不断加剧从而造成损伤，同时也由于上述原因再加上爆破产生的震动以及对岩体结构的破坏也使得原本岩体中的力学结构发生大量的变化，岩类结构中出现大量的裂缝，这些裂缝在各种应力的作用下瞬间大量拓展，其中也伴随着微观结构上岩体细微颗粒的不停作用便会出现较为严重的岩爆现象。

2 对岩爆造成影响的因素

目前学者们进行大量的研究，认为在岩爆产生的过程中主要有五个因素在其中发挥着影响作用。第一是岩体间的初始的最大应力与岩石单一方向的抗压力能力的比值，通常情况下会大于一比七；第二是岩石本身对压力的抵抗强度，以八十兆帕为准；第三是岩石本身的完整状态，是否具有天然的整体结构；第四是隧道位置的深度，一般情况下岩爆现象在埋深较大的隧道施工中较为常见；第五是岩石本身处于较为干燥的状态，且没有与水接触的其他途径和方式。一般情况下，同时具备以上这些因素其中的三点就容易出现岩爆，而这些具有岩爆条件的工程里，发生岩爆概率的大小也与岩爆本身洞室的跨越程度有关，一般来讲岩体洞室跨度与岩爆发生的几率是呈正相关的关系来进行的。

岩爆发生也与岩体本身的一些性质以及岩体所处的状态有所关联。因为岩爆特殊的产生方式，也就意味着岩爆现象对于岩体、围岩中的各种应力是极为敏感的。应力的集中通常也是引发岩爆的主要原因，同时也决定了岩爆的烈度，影响着深度和广度，因此应力是影响岩爆的最大因素。一般来讲发生岩爆现象都是应为应力过于集中造成的，在人为施工中，由于施工的方法等原因，会对天然形成的应力平衡产生影响。破坏自然条件下产生的应力平衡，加剧岩体或围岩的受力情况，开挖过程中所形成的隧道或洞室的形状也与岩爆有着较为密切的关系，通过研究总结，不难发现，圆形的洞室发生岩爆的概率要小于非圆形的，这是因为在应力分析方面来看，圆形的洞室在应力集中情况上集中的程度较小，而非圆形的情况中，应力的集中和分散情况价位复杂，通常情况下在拐点中有着较高的应力集中，因此应力集中的原因和岩爆的产生原因也与这些条件有着一定的关联。此外在爆破过程中也会对岩爆产生一定的影响，爆破过程中一些应力的传递会以波的形式进行，各种势能和力的波传递势必会给原本的岩体或围岩造成影响，对本身受力勉强达到平衡状态的岩石来讲，这样的力学传递在岩石内部就会被破坏而导致整个结构失稳，也就导致了岩爆现象的发生。

3 岩爆防治措施

3.1 改善围岩物理力学特性

在施工中，若判定围岩特性是诱发岩爆的主要因素，其防治措施主要有：爆破前加强底部装药，适度炸裂掌子面前方围岩，在未开挖洞段围岩内产生裂缝，提前诱发围岩应力的调整和释放；爆破后立即向掌子面及附近洞壁喷洒高压水，以降低周边围岩的地温场，从而控制岩石在开挖后的过度膨胀。

3.2 应力解除

对于以高地应力为主要诱因的岩爆，重点应放在超前围岩地应力调整上，目前，常用的方法主要有超前地应力驱除爆破和钻设应力释放孔两种，在极强岩爆条件下的应力接触爆破施工方案如图1所示。超前地应力驱除爆破是通过超前预爆破，致使掌子面前方待开挖洞段及对应的隧道周边一定范围内岩体产生裂隙，从而使很高的原始地应力提前进行分异和调整。应力释放孔包括超前应力释放孔和周边围岩应力释放孔，改善已开挖或待开挖洞段的坑道受力状况，有效地降低岩爆产生。

3.3 加固围岩

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，从外界及时给开挖后的岩石施加一个力，去改善和平衡隧道周边分布的地应力。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。

4 结束语

岩爆尽管在性质上有着突发性偶发性等特点，但是在形成中并非毫无规律，只要掌握了科学的方法对岩爆现象进行预先的因素收集，就能够对岩爆现象进行足够的预测和预报工作，并根据结果合理规划整个工程，以减少岩爆现象产生的各种不利影响。

参考文献

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