刘江涛
西安建工集团有限公司 陕西 西安 710065
摘 要：岩爆是深埋长大隧道开挖过程中一种常见的地质灾害,主要发生在高地应力硬质岩地区。结合秦岭翠华山隧道施工岩爆防治措施，从改变应力条件、安全防护等方面阐述防治措施。
关键词：岩爆；防治措施；应力条件
一、工程概况：
秦岭翠华山特长隧道是西康二线的控制性工程,隧道全长11271m, 最大埋深 605 m,其通过区岩体坚硬, 地下水以贫水或弱富水主。隧道下穿区域构造运动作用强烈,存在较高地应力的地质背景,具备岩爆发生的条件。隧道通过区地层以变质岩类为主, 主要有上元古界片麻岩、片岩及多期混合片麻岩、混合花岗岩等, 断层带内分布有碎裂岩及断层泥砾, 山坡坡面及冲沟内分布有第四系粉质黏土、碎石类土等。
二.岩爆产生条件
岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。一般产生岩爆有以下几个条件：
1．近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时。
2．围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小。
3．埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带。
4．地下水较少，岩体干燥。
5．开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带。
三.岩爆防治措施
采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用以下技术措施：
1．在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。
2．在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。
3．打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔，钻孔直径为45mm，每循环可布置4～8个孔，深度5～10m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度1～3m不等。必要时，若预测到的地应力较高，可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现。
4．在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。
5．在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，同时利用光面爆破技术，严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断面尽可能规则，减小局部应力集中发生的可能性。在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2.5m以内。
6．加强施工支护工作
6.1预测前方有岩爆倾向,爆破后无岩爆且掌子面无水,围岩整 体性较好时,采用综合措施 2~5 条进行预防。
6.2预测前方岩爆倾向性较大,爆破后至支护前岩体有轻微声响但无掉块时,采用如下支护措施:拱墙设φ22砂浆锚杆锚杆长3m,间距1.0×1.0m梅花型布置,拱墙设置φ8钢筋网片,网格尺寸15cm×15cm,网片搭接1.5个网格宽度,喷射C25混凝土,一次喷层厚度12cm。
6.3预测前方岩爆倾向性较大，爆破后有较大声响且有小岩片 脱落时采用如下支护措施:拱墙设φ22砂浆锚杆,锚杆长3m,间距 1.0×1.0m梅花型布置,拱墙设置φ8钢筋网片,网格尺寸15cm×15 cm,网片搭接1.5个网格宽度φ22环向钢筋骨架,间距1~1.5 m喷射C25混凝土一次喷层厚度12cm。
6.4预测前方岩爆倾向性非常大，爆破后岩体有较大声响且有较大岩片脱落、弹射、岩体发生外鼓甚至有岩粉喷出时。采用如下支护措施：拱墙设φ22砂浆锚杆，锚杆长3m，间距1.0×1.0m,梅花型布置拱墙设置φ8钢筋网片，网格尺寸15cm×15cm，网片搭接1.5个网格宽度I16型钢钢架，间距根据现场实际情况确定，但一组至少立 3榀组成稳定支护，喷射C25混凝土喷层厚度23cm。
7．对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。以降低岩爆的强度。
8．施工人员配戴钢盔穿防弹衣，防止岩片伤人。只要发生岩片脱落现象，无论何种情况，为保证安全，必须首先撤离作业人员及机械，待无岩片脱落、弹射时方可进行施工。
结束语
岩爆是一种复杂的地质现象,它的发生与岩石的力学性质、构造、地应力、隧洞形状、开挖方式等多种因素有关,以上的判定分析仅从地应力和岩石的力学性质来判定,而秦岭地区的地应力较为复杂,隧道地应力值不可能完全符合地应力梯度公式,且同一岩性在不同区域抗压强度值也有较大差异,上述防治措施只能作为工程参考,在施工中还需加强超前地质预报及监测,对异常地段采取防护措施,保证施工安全。
参考文献：
[1]工程岩体分级标准[S]，GB50218—94