铁路特长隧道施工岩爆的防治技术

中国高新科技

China High-tech NO.12 2019

( Cumulativety NO.48 )

铁路特长隧道施工岩爆的防治技术

卢媛媛

（中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032）

摘要：以拉林铁路巴玉隧道工程为例，针对隧道埋深段很容易遇到的岩爆问题，简述了岩爆可能造成的危害，主要对岩爆的预警和防治方案以及铁路特长隧道工程中的岩爆防治技术进行了研究，取得了良好的控制效果，提高了施工安全，降低了施工期间的安全风险，顺利完成了隧道施工，值得类似工程借鉴和参考。关键词：特长隧道；岩爆；爆破开挖　　文献标识码：A　　中图分类号：U25

文章编号：2096-4137（2019）12-059-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2019.12.20

0　引言

在铁路特长隧道工程施工过程中，由于隧道的埋设深度较大，围岩整体性较好，在进行施工时经常会出现岩爆的问题，出现这一情况主要是因为隧道围岩埋设深度较深，地应力较大，如果在围岩中进行隧道的开挖施工，开挖面四周的岩层会突然卸载，并使聚集在围岩中的高应力瞬间被释放，导致岩层出现块状、片状的爆裂情况。一旦出现岩爆，

会对施工人员安全造成较大的影响，甚至会将设备和机械砸坏，影响施工进度造。

1　工程概况

拉林铁路巴玉隧道为全线重难点控制性工期工程，全长13073m，受地形条件限制，进出口各设置一座平导，无其他辅助坑道条件，进口平导长4058m，出口平导长4073m，正洞独头掘进6.5km，通风、排烟困难，运输距离长，施工难度大。隧道

定要先预热发动机之后或是先对故障排查后，接着尝试启动发动机。若是多次连续的启动过后，发动机还是无法运行，就要及时检修其他零部件，避免多次的强行启动对发动机造成损害。4.3　重点检查

正常地启动发动机后，要及时对发动机的运行进行检查，同时注意仪表中的指针数值。并且要特别注意发动机是否可以做到复位停转，避免发动机在高速运行的过程中，出现过热烧毁的情况。

施工现场的各类机械设备的发动机都要对其做好相应的护养工作，同时需要依据相关标准，对其设置专业人员按时按点的监察和测评，才能做到及时察觉问题，同时高效地解决问题，延长发动机的运行时长。在发现发动机的各类问题和故障之后，要立即对其采取相应的措施和解决对策，之后再进行复查。同时检修发动机的过程中，注重依据现实情况和专业知识对其采取措施，而不能仅凭借 经验。

5　结语

对发动机的养护离不开相关技术人员的认真工作和仔细检查，除此之外，还需要对发动机采取分阶段式的检查、测评、研究、分析，累计更多的实际经验和教训，积极处理所有发动机养护过程中的问题。工作人员应该对发动机的操作环境、周围生态、使用寿命、人员素养等一系列因素进行考量和分析，这更加有利于工作效率的提升，有利于成本的降低，更好地推动发动机的养护工作安全高效地进行。

参考文献

[1]　 徐宁．大气粉尘对工程机械发动机的磨损和动力性的

影响[J]．交通世界，2019（Z2）：194-195.[2]　 孙艳磊．防治“心脏病”如何维护保养机械发动机

[J]．科技风，2018（27）：161，167.[3]　 本刊编辑部．科勒两款发动机获工程机械推荐产品

金奖[J]．建设机械技术与管理，2018，31（4）：36-37．

（责任编辑：周加转）

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地层以花岗岩、闪长岩等坚硬岩石为主，且地质构造复杂，最大埋深2080m，存在岩爆、地热、放射性、危岩落石及冻害等不良地质，特别是隧道岩爆问题突出，岩爆段落达全隧的94%，施工安全风险极大，为Ⅰ级风险管理隧道。巴玉隧道正洞预测岩爆段落共计12242m，占其长度的94%，其中轻微岩爆4106m，中等岩爆5922m，强烈岩爆2214m，巴玉隧道进口平导预测岩爆段落共计3804.827m，占其长度的94%，其中轻微岩2846.827m，中等岩爆1158m，巴玉隧道出口平导预测岩爆段落共计3355m，占其长度的82%，其中轻微岩爆1460m，中等岩爆1895m。

施，通过现场试验和支护优化，建立不同等级岩爆对应的支护体系，制定合理、有效的岩爆施工防治工艺与工法。不同层级岩爆微振活动特征如图1 所示。

2　岩爆造成的危害

（1）在施工过程中，岩爆会使施工现场的作业人员产生恐惧感，甚至害怕进洞施工，导致施工人员频繁更换。

（2）在出现岩爆后，会对钻孔台车、挖机、湿喷机、自卸车、装载机等造成损害，导致设备的维修频率过大。

（3）出现岩爆的地段会出现垮塌的情况，存在比较大的安全风险。当出现岩爆时，设备和施工人员都需要立即躲避，并在等到岩爆平静后才可以继续进行施工，岩爆多出现在垮塌、超挖、爆坑和支护二次发生的位置，因此需要进行停工处理，严重时会对施工进度造成影响。

图1　不同等级岩爆微震活动特征

在进行预防时，主要采用主动预防和被动防治措施，具体如下：

（1）主动预防。在开挖前在掌子面及洞壁喷洒高压水及掌子面施做超前应力释放孔，提前释放围岩应力，降低岩爆发生可能性。

（2）被动防治。开挖后采取喷射钢纤维混凝土、打设预应力锚杆、全环铺挂钢筋网、强烈岩爆段架设Ⅰ16工字钢等进行加强支护。

4　铁路特长隧道岩爆防治技术󰀁

在施工过程中，该隧道工程的围岩主要为灰岩和石灰岩，岩层主要为厚层桩结构，岩体表现为大块砌体结构，岩石具有良好的完整性，岩石的孔隙率相对较小，岩层风化程序小，具有较强的抗风化能力，并且具有良好的稳定性，基本不存在地下水，此隧道岩爆主要发生在中强型岩爆地段，大约占总施工长度的63%，软弱型岩爆地段相对来说比较少，大约占总长度的30%，一般来说，岩爆的烈度和隧道的埋置深度有比较大的关系。一般情况下，较强型岩爆主要在隧道岩爆段中部出现，隧道的埋设深度一般为1200m，软弱型岩爆多出现在岩爆段两端，隧道的埋设深度为800～950m，中型岩爆多发生在埋设深度为950～1200m段，在进行岩爆防治时，要按照以防为主、防治结合的基本原则。根据该工程岩爆的发生规律，采用下述措施来防治岩爆。

3　岩爆的预警和防治方案

当前，国内外的学者对岩爆的烈度和岩爆类型的划分还没有统一的定论，本文对该隧道工程岩爆发生段的施工经验进行总结，将岩爆烈度划分成3种类型，分别为较强型岩爆、软弱型岩爆以及中强型岩爆。项目部与中铁科研院、中科院武汉岩土所、中铁二院合作，分别进行地应力测试、岩爆微震监测和超前地质预报，准确判释掌子面前方围岩特性。微震实时监测手段结合测得的地应力的大小和方向，以及掌子面前面地质预报情况，每日发布岩爆预警情况，给出预警区域内的岩爆风险等级及施工建议。根据预警情况及时针对性采取调控措施并加强现场管理，提高岩爆预测和风险控制能力，结合地应力测试结果和微震监测数据结果，与实际发生岩爆情况对比，并相应采取不同支护与防治措

收稿日期：2019-06-04

作者简介：卢媛媛（1983-），女，山东日照人，中铁十二局集团第二工程有限公司工程师，研究方向：铁路施工技术。

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4.1　做好施工组织

在进行施工过程中，要做好施工组织工作。施工期间所有的项目部负责人都需要在掌子面值班，并建立安全监控组，做好施工人员的岩爆防治教育工作，落实施工过程中需要的设备和材料。4.2　加快围岩中高地应力的释放

在进行施工时，首先利用潜孔钻机在掌子面上钻出6～8个直径为70～80mm，长度为10～30m的超前钻孔，充分释放出围岩中的高地应力。在进入到较强型岩爆段后，对开挖方法进行调整，在施工时，先在断面下部开挖一个高度为4m、宽度为5m的下导坑，完成下导坑的开挖后再返回来将断面扩大。通过开挖下导坑，不仅可以提前释放围岩中的高地应力，而且由于导坑的断面比较小，相对来说可以降低岩爆飞石产生的危害，在危石处理方面也非常方便。通过这种方式进行处理后，施工过程中基本没有产生比较强烈的岩爆，只是产生了一些轻微的岩爆，施工过程中下导坑的实际开挖长度为70m，在进行开挖施工时，为了防止施工过程中产生岩爆，需要先进行护顶，然后在用出砟的方法来进行施工。具体施工方式如下：

首先进行爆破开挖，然后利用薄钢板进行防护，并使用冷水从远处向暴露出来的墙、拱和掌子面进行喷射，最后使用喷射机械手将C25钢纤维混凝土喷射到掌子面、墙面和拱面，然后进行边墙上部和拱部安全防护锚杆的搭设，并挂设细目钢丝网，并将边墙下部的安全防护锚杆补做好。对于中强型岩爆段和软弱型岩爆段，需要在掌子面上向拱、墙四周钻出了直径为70mm、长度为10m的孔，然后将高压水注入到钻孔中，同时采用冷水喷洒拱、墙四周的岩面以及掌子面。采用这种措施可以使用围岩得到软化，并使围岩应力快速释放，降低岩爆产生的烈度。在进行强烈岩层施工时，一般进尺控制在2m；尽可能全断面开挖，一次成型，减小对围岩的扰动；每循环掌子面和洞壁喷洒高压水，降低围岩应力；掌子面沿拱墙开挖轮廓线周边施作Φ76超前应力孔提前释放应力，降低岩体能量，超前应力释放孔环向间距1.5m、纵向间距20m，单孔长度25m；孔内注高压水劈裂释放应力或在应力释放孔底弱爆破松动岩体提前释放应力；施作Φ25超前锚杆，环向间距0.5m、纵向间距2m，单根长

3.5m，在进行施工时，要清理岩面危石，拱墙初喷CF25钢纤维混凝土。拱墙挂设Φ6钢筋网；拱墙设置4m长Φ25涨壳式预应力中空锚杆，交错布置，安装时，锚杆垫板要将钢筋网压住再喷射砼，对岩爆发生段落产生的爆坑，爆坑深度≤50cm的采用同标号喷射砼回填处理；爆坑深度＞50cm的采用C20砼回填处理。4.3　岩爆避让措施

在进行施工过程中，掌子面爆破3h内会频繁地出现岩爆，所以该时间段内要防止出现伤人事故。在进行岩爆发生段施工时，安排专人对掌子面进行防护，并负责记录和观测爆发出现的情况，对内部的爆裂声响进行监听，然后对墙和拱表面围岩的变化进行分析，并利用ESG型微震检测系统分析岩爆情况，如果有险情出现要立即鸣哨，并组织施工人员撤离。在较强型岩爆发生段下导坑中布置带有垫板的楔管式锚杆，并布置细目钢丝网，避免产生飞石影响施工人员人参安全，在中强型岩爆地段和较弱型岩爆段施工时，在运输车辆、钻孔台车、装砟机上装设薄钢反，防止飞石造成破坏。爆破作业施工时，使用预裂爆破技术和光面爆破技术进行施工，并将装药量控制好，降低超欠挖的情况，并尽量保证开挖面的圆顺，防止岩面出现尖锐和突出的棱角。

5　结语

综上所述，该隧道工程在进行施工期间，岩爆段落达全隧的94%，施工安全风险极大。结合本工程的实际情况，在进行施工时总结了速调的岩爆规律，并通过借鉴施工单位的经验，制定了相应的岩爆防治措施，提高了施工安全，降低了施工期间的安全风险，顺利完成了隧道施工，值得类似工程借鉴和参考。

参考文献

[1]　 解琦，鲁志伟．山岭隧道高地应力岩爆处治分析

[J]．公路，2018，63（7）：67-70.[2]　 严鹏，陈拓，卢文波，等．岩爆动力学机理及其控制

研究进展[J]．武汉大学学报（工学版），2018，51（1）：1-14，26.[3]　 樊兴权．浅析隧道岩爆综合防治施工技术措施[J]．

科技创新与应用，2017（17）：205．

（责任编辑：周加转）

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