隧道工程中岩爆的防治与应对

２０１３年第３期　（总第２２９期）　黑龙江交通科技　ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．３，２０１３　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２２９）　隧道工程中岩爆的防治与应对　周永林　（京福闽赣铁路客运专线有限公司）　摘要：对于隧道工程中岩爆的现象，笔者主要进行了比较全面的分析，针对岩爆发生时的特征以及其具备　的条件进行了剖析，并且在这个基础上提出了岩爆发生的判断依据，主要是洞室围岩地应力的状态和岩石强　度的比值，最后针对岩爆的防治提出了相关的措施。　关键词：隧道工程；岩爆；防治措施；应对策略　中图分类号：Ｕ４４５　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１３）０３—０１３５—０２　２．１静力学理论　在岩石地下工程中，比较常见的一类地质灾害就是岩　爆，就岩爆的狭义概念来讲，主要是由于高地应力区地下洞　室在进行挖掘的过程中，岩体应力会进行释放，这个时候岩　块就会从地下洞口飞射出去。而岩爆的广义意义指的是一　种地质灾害，这种地质灾害是出现在硬岩的隧道施工中，包　括的形式有动力破坏和静力破坏，一般情况下，动力破坏比　静力破坏的破坏程度更大。就全球范围内来看，岩爆的突发　性和高发性严重影响着地下施工，不但严重影响着施工的进　度，同时会对人们的生命财产造成相应的威胁，所以引起了　广泛的关注，故笔者针对隧道工程中岩爆的防治与应对策略　进行相应的阐述，论述内容如下：　１岩爆的特征以及产生的条件　在进行隧道施工的过程中，遇到高地应力或者是硬脆性　的环境，其稳定性趋于失衡的时候，会导致岩爆的形成，主要　指的是切应力无限接近于围岩的压缩强度，在进行隧道的施　工中，经常会用这一点用作判断的依据。　（１）强度理论观点　这里所说的强度理论观点主要是指围岩承受过大的应　力，在过大应力的作用下失稳的一种状态，这个现象可以运　用格里菲斯的理论进行解释，同时也可以运用摩尔一库伦准　则进行相应的解释。　（２）能量学观点　从能量学的角度来进行考虑，岩爆的发生主要是围岩中　聚集了太多的能量，当承受不住的时候，产生了释放，也就说　其弹性应变能的释放，对于弹性应变能，进行判断的依据主　要是弹性应变的指数。　（３）断裂以及损伤理论　岩爆是出现在隧道施工中围岩层的破坏现象，一般情况　下伴有剧烈的响声以及岩体碎块的震动、反射等，出现这种　状况的原因有两点，这两点分别是内因和外因，其中内因包　括山体的本身有着比较高的地应力，这样岩体的本身就储存　了比较大的应变能。或者是由于围岩本身比较完整，但有一　些裂缝，这些裂缝中储存了大量的能量，很容易引起岩体本　身的变形，导致破坏。其中外因指的是岩体具有足够的上岩　厚度，或者是岩体环境中没有地下水，会导致岩体的干燥，再　针对岩体的材质而言，比较容易出现裂缝以及损伤，而　岩爆的出现与这一点也是有着密切的关系，所以早已存在的　小断面也较容易出现岩爆。　２．２动力学理论　动力学理论主要是指通过人为开挖而出现的一种地质　灾害，并不是自然灾害，在进行开挖的过程中，由于每个围岩　有就是进行挖掘的过程中，由于断面形状不规则，局部的应　力就会集中。以上是导致岩爆的条件。　表１　岩爆强度综合分级表　的环境不一样，所以出现的情况也不一样。　ＭＰａ　级别　ｍ　指数ｓ等　‘‘　　１埋　无岩爆　微弱岩爆　＜８０　⑤级＜５０　＜４　＜０．１５　８０到１２Ｏ　⑦、④级　５０到２００　３．５到５．５　０．１５到０．２４　在进行钻爆法进行开挖的过程中，要运用各炮层的顺序　进行起爆以及周边眼起爆之后进行开挖，与此同时，瞬间的　大幅卸载以及岩爆事件的本身也会产生一种叠加效应，其中　最为显著的是处于一种双向受压和一侧临空的情况，有巨大　破坏潜力的扰动，这样，围岩就非常容易发生变动，这些应力　的波动会随着环境的变动而不断的恶化，一旦受到外界的刺　激，就会发生大规模瞬间的动力扩展，围岩失稳，这点就是围　岩的动力学理论机制。　中等强度岩爆　１２０到１加　⑦、④级　２００到７００　５．０到７．５　０．２０到０．３５　强烈岩爆　＞１８Ｏ　ｉｖ、⑦级　＞７∞　＞７．５　＞０．３０　ｌ——地应力的最大值；　，一围岩的单轴抗压强度。　笔者参与施工的京福铁路北武夷山隧道北武夷山隧道　ＤＫ５２８＋５８０一ＤＫ５３０＋６１０、ＤＫ５３０＋６８０一＋９４０、ＤＫ５３１＋　带　３８０一＋９００、ＤＫ５３２＋３２０—５７０地段为高应力区；ＤＫ５２８＋　４５０一ＤＫ５２９＋５８０极高应力区，开挖过程中出现岩爆。　２岩爆的机理　在进行岩爆机理的研究过程中，中外专家没有得到共　识，所以笔者从两方面上进行分析，这两方面主要是静力学　理论和动力学理论。　图１　收稿日期：２０１３—０２一Ｏ１　作者简介：周永林（１９７０一），男，福建尤溪人，工程师，研究方向：铁道工程。　・１３５・　总第２２９期　３岩爆的防治与应对　３．１隧道岩爆的预测　黑龙江交通科技　第３期　岩爆主要是基于高应力的条件下出现的一种破裂现象，　所以可以根据所开发地段的地应力进行相应的评估，在实际　的评估过程中，可以运用的理论比较多，主要可以分为两种　方法，一种是理论法，这种方法是经过长时问的理论基础沉　积下来的，例如应力判据法和脆性指标法等。第二种方法为　实测法，顾名思义，这种方法主要是运用实际的仪器对将要　开发的现场进行检测，例如超前地质预报法等。但是在实际　的应用中，两种方法都有缺陷，笔者介绍的方法是根据围岩　的切向应力，运用数据来进行计算。　３．２关于岩爆的预防措施　在进行隧道开挖的过程中，应该主要以顺应自然环境为　主，进行人为的调整相关因素，从加工以及设计等加强岩爆　的防范，这样可以在一定程度上减轻岩爆的发生率。　（１）从隧道的设计上进行防范　对于地质灾害，应该主要侧重于防治，在选择隧道地址　的方向上，应该首先要避免有岩爆倾向的地段，在选好地址　的时候，应该从隧道轴线以及断面的设计上进行预防，主要　将隧道的轴与最大主应力的方向平行，这么做的好处可以有　效的改善隧道的结构受力条件。　（２）在施工过程中对于岩爆的防治　①改善围岩的物理力学的性能　在具体的施工过程中，通过隧道的掌子面以及洞璧的喷　水或注水可以有效的促进岩壁的软化，让围岩没有那么干　燥，有效降低危险表层的强度与能量，注水的同时也可以有　效的使裂缝进行扩展，降低其弹性应变能的能力。　②人为的提供给围岩变形的空间　在实际的开挖过程中，为了有效的降低其高应力，可以　提供给围岩一定的空间，例如分部开挖，这样可以有效的解　除应力。通过打设超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破，　在围岩内部造成一个破坏带，即形成一个低弹区，从而使洞　壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，施工时可　在掌子面上打设５～６个超前钻孔，深１５—２０　ｍ左右，既可　以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的　作用。在实际的施工过程中，可以有效的进行岩爆的防治，　但是在实际的工作中，要根据具体的情况进行具体的分析，　要根据现场围岩的质地以及地应力的大小来进行决定。　③运用合理的开挖方式　在进行开挖的过程中，对于爆破的方法要及时的进行优　化，采用适当的药量，并且进行间隔性的装药，增加起爆雷管　的数量的同时减少药量，用“短进尺、多循环”，这样可以有　效的提高光爆的效果。再有一点，就是要经常性的组织挖掘　人员的培训，在培训的过程中有效的提高人员的素质，这样　（上接第１３４页）　足桥体的受力状态要求，另一方面要控制施工误差，保持梁体线　也可以在很大程度上减少岩爆的发生。在实际的工作中，有　条件的情况下，最好是运用ＴＢＭ来代替钻爆，这样可以从减　少震动的同时进行爆破。　（３）加固隧道的支护设施　合理的运用锚喷支护可以及时的对围岩面进行加护，在　定程度上提高围岩体自身的强度，让围岩体与加护设备结　合成一个共同体，共同来抵御岩爆的发生。　４简述岩爆的防治　（１）在工程勘测阶段首先应该进行细致的地应力的测　量，通过详细的计算分析所处环境的具体情况，对岩爆做到　早期的并且主动的预防，这是预防岩爆最基础的措施。　（２）分别从宏观和微观的角度对地质遗迹力学进行研　究，分别分析岩石单轴的过程和低围压下三轴的试验，这样　做的目的是揭示岩爆的机理，让施工人员了解其具体情况，　可以为下一次的隧道施工积累重要的经验。　（３）要想测定岩爆的具体规律，可以运用进行施工的岩　爆超前预测报来进行评定和预测，有助于掌握岩爆的情况。　（４）最后就是加强支护，对于这一点是防止岩爆的重要　点，这样做的目的主要是为了优化所处洞室的不规则形　状，并且可以有效的改善周围岩体的状态，有效的改善其较　大的地应力。　５讨论　由于岩体本身的性质决定了岩爆发生的概率，而岩爆的发　生也具有高发性和突发性等特点，所以在实际的隧道施工中，应　该尽可能的减少岩爆发生的概率，深刻以及全面了解导致岩爆　发生的诱因，理论与实际紧密的结合起来，从隧道的设计开始，　到每一部工程的建设，将防治落实到实处，提高施工者的素质。　在技术支持上，有条件的情况下，最好要运用损伤性比较小的设　备，爆破的药物也要少量多次，提高隧道工程施工的安全眭。在　实际施工过程中，岩爆在隧道施工中经常发生，岩爆的动力学理　论，由于缺乏相关深入的研究，所以还没有提出相对有效的超前　预报方法和控制措施，所以对于岩爆而言，研究相应的围岩动力　学机制，是未来岩爆研究中的热点。　一一参考文献：　［１］邱道宏，陈剑平，张秉鹤，肖云华．深埋长大公路隧道岩爆预测　及防治研究［Ｊ］．地下空间与工程学报，２０ｏ６，（６）．　［２］　李忠，刘志刚，曲力群．岩爆防治在大伙房弓【水隧道中的应用　［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２Ｏ０４，（２）．　［３］徐则民，黄润秋，罗杏春，李睿，孙静怡．静荷载理论在岩爆研　究中的局限性及岩爆岩石动力学机理的初步分析［Ｊ］．岩石　力学与工程学报，２００３，（８）．　［４］　肖本职，罗超文，刘元坤．鄂西地应力测量与隧道岩爆预测分　析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，（２４）．　［５］徐则民，黄润秋，范柱国，吴培关．长大隧道岩爆灾害研究进展　［Ｊ］．自然灾害学报，２００４，（２）．　型完整。独立的Ｔ构的梁体，是处于负弯矩受力状态的，依次将　　其合拢后，便将粱体转化为成桥状态。对于多跨连续梁的合拢　参考文献：．黑龙江　施工，通常会按照先各边跨再次边跨，最后中跨的顺序进行。其　［１］陈倩颖．浅谈悬臂挂篮技术在桥梁施工中的应用［Ｊ］交通科技。２０１１，（４）：５０．　中的中跨合拢段因受到温差的影响，容易发生较大的变形变位　［２］　吴景尧．悬臂挂篮技术在桥梁施工中的应用［Ｊ］．中华民居，　状况，因此在施工中必须采用更牢靠的约束设施进行约束。　３结语　２０１２，（４）：８２—８３．　合格的现象，督促人们施工过程采用合乎规范的方式施工，　确保桥梁的最终施工质量符合要求。做好桥梁施工中的安　全质量管理，也是保证国家和人民生命财产安全的体现。　悬臂挂篮施工法是现代大跨径桥梁建造中运用的最主　要的施工方法。该项施工方法据有灵活性，能够适应各种不　同的施工条件，即使在新疆地区，也不会受到峡谷河流的影　响，诸多优点使它受到了广大桥梁建造者的欢迎。该项施工　方法在不断的运用中得到更多的创新和完善，随着桥梁架设　哕伐的加快，将给我国的公路事业带来更多新的贡献。同　时，也要意识到良好的施工质量需要在桥梁建设的各个环节　［３］　王有才．桥梁施工工程中悬臂挂篮技术的应用探讨［Ｊ］．科技　信息，２０１０，（９）：３３—３４．　［４］何辉．浅析桥梁施工中的悬臂挂篮技术［Ｊ］．城市建设理论研　究（电子版），２０１２，（１５）：１０—１１．　［５］蓝强．浅议桥梁施工中的悬臂挂篮技术［Ｊ］．华章，２０１１，　（９）：２８—２９．　中仔细把握才能得到。在施工过程中，监督部门要充分发挥　自身的监督作用，对施工的各个环节严加监督，及时制止不　・［６］　方文．挂篮技术在桥梁施工中的应用［Ｊ］．中华民居，２０１２，　（６）：３５－３６．　［７］　白连春．连续梁悬臂挂篮工艺施工合龙段施工方案探讨［Ｊ］．　山西建筑，２０１０，（２６）：２６—２７．　１３６・