高速公路隧道施工巖爆的防治技術

韓宗澤

（山西路橋建設集團有限公司總承包分公司，山西 太原 030000）

0 引言

由于高速公路隧道中段埋深較大，當圍巖整體性較好時，很有可能發生巖爆。由于巖爆具有突發性，很難對拋射出去的石塊方向及遠近等進行預測，對隧道施工人員及設備造成安全威脅，所以有必要在了解巖爆特征的基礎上，探討有效的防治措施。

1 巖爆規律與分類

1.1 巖爆規律

巖爆主要具有以下規律：

（1）巖爆通常發生于埋深相對較大的隧道，因為只有圍巖的埋深很大，才有可能產生導致巖爆的地應力，巖爆發生概率因圍巖埋深的增加而變大。

（2）巖爆和圍巖巖性有關。巖爆通常發生于質地硬脆、有較好整體性及級別相對較高的圍巖，比如石英巖、花崗巖和石灰巖都是巖爆發生概率較高的圍巖類型。

（3）處在節理較發育與斷層破碎帶中的圍巖，通常不會發生巖爆，可見巖爆受圍巖構造的影響[1]。

（4）巖爆和圍巖含水情況也有一定關系。當隧道埋深、圍巖巖性及構造完全相同時，較為干燥的圍巖更容易發生巖爆，有地下水存在的段落其圍巖基本不會巖爆。

（5）當隧道開挖工作面較為圓順且光面爆破效果相對顯著的圍巖段，一旦發生巖爆，則巖爆烈度將遠高于超欠挖相對較大的圍巖段。

（6）巖爆發生概率相對較高的圍巖段，通常在與掌子面相距不超過開挖寬度300%的位置，即與掌子面之間的距離越近，則越容易發生巖爆。

（7）開挖面上容易發生巖爆的位置以拱部及邊墻上部為主，即與地面之間的距離越大，越容易發生巖爆。

（8）在時間上巖爆主要具有以下規律：對掌子面進行爆破開挖施工的最初3h，最容易發生巖爆，且巖爆強度較大；爆破開挖施工7d 內，雖然巖爆仍頻繁發生，但強度逐漸降低；爆破開挖施工2個月內，仍有可能發生巖爆；爆破開挖施工2個月后，不容易發生巖爆。此外，隨時間不斷延長，巖爆發生位置將持續向更深層發展，以巖層內部崩裂為主要表現，此時可以聽到巖層內部發出悶響。

（9）巖爆往往伴有爆裂聲響：如果發出撕裂聲，則說明發生了因壓致拉的巖爆，由于這一巖爆只能發生在圍巖表面，所以聲響清脆，因巖爆產生的裂縫與巖壁保持平行，巖爆結束后，巖塊將呈現片狀；如果發出沉悶聲，則說明發生了因壓致剪切拉裂的巖爆，該巖爆結束后會巖塊呈現塊狀，在巖石表面能看到很多弧狀裂縫，且裂縫中還伴有擦痕。通常情況下，前一種巖爆持續時間不長，破壞性不大，而后一種則持續時間相對較長，可能造成較嚴重的破壞[2]。

1.2 巖爆分類

根據烈度的不同，巖爆可分為以下3類：

（1）弱型巖爆：表現為聲響較小，巖爆后產生的巖塊粒徑不大，數量很少，產生形式以掉落為主。

（2）中強型巖爆：表現為內部發出類似于放鞭炮的聲響，巖爆后產生的巖坑直徑可以達1～2m，伴有大量巖塊，產生形式以彈出為主。

（3）較強型巖爆：表現為內部發出劇烈聲響，巖爆后產生的巖坑直徑超過2m，并伴有飛快彈出的大石塊[3]。

2 巖爆防治

某隧道為分離式雙洞隧道，左、右線長度分別為7 097.897m 和7 120m，埋深較大，最大處可達1 286m。該隧道中段圍巖類型包括石灰巖與灰巖，產狀為厚層狀，大塊砌體形式，完整性尚好，有很強的抗風化性能，幾乎不含地下水?；趲r爆的規律與分類，現結合該高速公路隧道實際情況，探討有效的巖爆防治措施。

在該隧道施工期間發生的巖爆中，以中強型的范圍最大，其次為弱型巖爆，較強型巖爆范圍最小。巖爆烈度主要受隧道埋深影響，通常弱型巖爆發生位置的埋深為800～950m；中強型巖爆發生位置的埋深為950～1200m；較強型巖爆發生位置的埋深普遍超過1 200m。

按照規范要求，對于可能發生巖爆的隧道，需在施工中嚴格遵循“以防為主，防治結合”的基本原則。結合該隧道巖爆發生規律，在施工中采取如下各項處治措施。

2.1 做好施工組織

在發生巖爆的段落施工時，應安排專人在掌子面處進行全天值班，并組建專門的監控工作小組，為全體參建人員圍繞巖爆防治工作開展專門的安全教育，同時對巖爆防治需要的各類設備及材料予以嚴格落實。

2.2 促進高地應力釋放

（1）在隧道掌子面上借助潛孔鉆機連續鉆出超前鉆孔，孔深按10～30m 控制，孔徑按70～90mm 控制，孔數需達到5～8個，以促進高地應力得以提前釋放。

（2）對于發生較強型巖爆的圍巖段，需更改開挖方式，即將全斷面開挖改為先在斷面下部進行下導坑開挖，其寬度、高度分別按5m 和4m 控制。待下導坑開挖結束后，方可擴大開挖斷面。開挖下導坑除了能促進高地應力釋放，還能起到減弱飛石破壞力，從而減輕巖爆危害，另外對危石的處理也比全斷面法更加方便。經過以上處理，整個施工過程中沒有發生強度較大的巖爆。在開挖下導坑時，為防止巖爆加劇，先做好護頂，再進行出砟，具體做法為：①按設計要求爆破開挖；②當采用薄鋼板進行防護時，對遠處直接暴露的圍巖拱部及邊墻進行噴水；③對濕潤的拱部及邊墻進行混凝土噴射，噴射厚度需達70mm，采用強度等級為C25且摻入鋼纖維的混凝土；④混凝土噴射完成后在拱部及邊墻上部設置防護錨桿，并掛設鋼筋網；⑤做好上述護頂施工后，方可開始出砟；⑥在邊墻下部設置防護錨桿，并掛設鋼筋網。

（3）除較強型巖爆外的其他類型巖爆段，需在掌子面上分別向拱部、邊墻及開挖方向設置深度為10m、孔徑不小于70mm 的鉆孔，并對鉆孔進行高壓注水，為掌子面及圍巖拱部與邊墻持續噴灑冷水，從而起到軟化圍巖的作用，促進應力釋放，降低巖爆發生概率和烈度。

（4）在條件允許的情況下，通過松動爆破可以在圍巖內部產生裂縫，以促進高地應力釋放。

2.3 避讓措施

（1）考慮到爆破開始后的最初3h，巖爆發生概率最大，故在這一時段暫停施工，以減輕或避免巖爆造成的危害。

（2）對發生巖爆的圍巖段進行施工時，需在掌子面處安排專門的安全人員，對巖爆的實際情況進行觀察和記錄，并負責監聽巖爆聲響，掌握圍巖拱部及邊墻情況，一旦發現險情，應立即示警，組織所有施工人員有序、快速地撤離。

（3）對發生弱型或中強型巖爆的圍巖段進行施工時，需酌情采取如下防護措施：①為鉆孔臺車及運輸車等機械安裝專門防止飛石打擊的鋼板；②在圍巖拱部與邊墻上部設置臨時錨桿，同時掛設鋼筋網；③借助噴射機械對容易發生巖爆的圍巖拱部進行混凝土噴射。

（4）在發生較強型巖爆的圍巖段進行施工時，除了做好下導坑開挖，還需在下導坑設置楔管式錨桿，并掛設鋼筋網，以免飛石崩出造成事故。另外，在必要的情況下還應做好超前支護，通過設置鋼架支撐來降低巖爆危害。

2.4 加強初支

對于不同巖爆類型，可按照表1所示參數要求對初支進行加強。

表1 各巖爆類型的初支加強參數

3 結語

該高速公路隧道建設中有近860m 長的圍巖段發生了巖爆，在施工中通過對巖爆規律的分析掌握，借鑒其他工程相關經驗，提出以上各項防治措施，從根本上降低了巖爆危害，保證了施工安全和進度。