浅谈地质岩爆现象的防治与处理措施

张宏　杨超　齐晶

摘要：文章以一隧洞开挖工程项目所遇到岩爆地质现象的出现、发展与消除全过程进行描述分析，为减少岩爆对工程进度的影响，对施工过程采取的相关技术措施及效果进行阐述，以便同行探讨该工程岩爆处理过程所得的经验，利于类同工程地质岩爆的防治与处理。

关键词：隧洞开挖工程；地质岩爆现象；高地应力区；洞室围岩剪切破坏；施工隧洞 文献标识码：A

中图分类号：TD23 文章编号：1009-2374（2015）34-0150-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.077

1 岩爆现象的出现、发展与消除

岩爆是高地应力区洞室围岩剪切破坏作用的产物。本文所述工程位于昆仑山山脉，施工隧洞处于500m以上埋深，整个隧洞位于元古界第一岩性段的角闪黑云二长片麻岩及华力西期的片麻状黑云斜长花岗岩中，围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，因为该施工隧道具有埋深较厚、岩石坚硬的特点，易造成应力集中不能释放，所以在隧道开挖后应力释放造成岩爆。

本工程隧洞（断面为圆形，洞径5.2m，采用全断面钢筋砼衬砌）。开挖至桩号2+545m时，洞内岩爆频繁（中等岩爆发生），根据提供地质资料该部位处于900～1100m的埋深，围岩为Ⅱ类的片麻状黑云斜长花岗岩。

现场岩爆特点：主要表现为厚片状剥落，在岩爆未发生前，并无明显的征兆，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，岩爆发生的部位主要为洞身右壁拱部及左壁底角；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后2～3小时，24小时内最为明显。剥落最大块体达3m×1.8m×0.45m，并伴有弹射现象，现场施工人员有因岩爆造成不同程度的伤害。

继续爆破开挖至桩号2+566m时，因岩爆影响使掌子面崩塌近2～2+568m，当时岩体沿片理鼓起开裂向洞内崩落，岩爆声音很大，类似放炮声，爆裂处岩体厚度1～2m，岩爆还引起顶拱局部沿不利的裂隙产生小塌方，后间断有小的掉块，这期间岩爆对施工人员安全造成很大的危害。但三天后，在2+560～2+568m顶拱又继发岩爆，使顶拱形成大的凹坑，初期塌方最大高度2m左右，塌方周边岩体较完整，塌方量初估约百方。由于岩爆发生突然，使现场施工设备（钻爆台车1台、风钻15把、钻杆近30根、电焊机、抽水机等）被埋压、受损严重，万幸现场值班安全员及时通知施工人员撤离，没有造成人被淹埋。

2 塌方段工程地质条件评价

隧道桩号2+545～2+575m段，洞室埋深1050m，隧洞方向91°，岩性为角闪黑云二长片麻岩，片麻理产状195°∠67°，走向与洞向近平行，片理裂隙在左侧洞壁较发育，一般间距0.2～0.5m。其中夹有一条角闪岩脉，宽0.5～1.0m，沿左壁附近延伸较长，岩脉强度比片麻岩较弱，属中硬岩，对岩爆引起的大塌方有一定促进作用，到目前仍没有消失或湮灭。另发育一组裂隙产状70°∠39°，近于垂直洞向，与片理组合切割岩体。本段岩石以坚硬岩为主，岩石单轴饱和抗压强度大于60MPa，完整性较好，呈层状结构。塌方段拱顶有少量滴水，总流量小于每分钟0.1L。

根据前期勘察资料显示隧道在埋深大于550m时可能发生中等岩爆，局部可能发生强烈岩爆。目前隧道已开挖至桩号2+575m段，埋深1050m，最大主应力以铅直向应力为主，且应力量值较前变大，强度应力比值相对比前洞段变小。目前岩爆的发生部位也从以前在右侧拱脚部位变为在顶拱及左侧壁出现。另外本段的片麻理走向与洞向接近平行，对洞室稳定不利，同时根据前期勘察资料显示设计桩号2+538部位发育一规模较大的断层（F106），根据构造理论特点，断层附近完整岩体积聚有较多的弹性能量，当洞室开挖后形成较大临空面，尤其在侧壁易形成局部应力集中，成为岩爆的高发部位。同时由于片理走向与洞向近平行，加上另外一组与洞线夹角69°的裂隙相互切割，造成洞室塌方不断。目前隧道所发生的岩爆已严重影响到施工安全与进度。

3 岩爆防治处理方案

为缩短岩爆对工程进度的影响，工程施工单位对岩爆出现后采取了以下五种防治措施，达到了一定效果：

3.1 喷射高压水

爆破后采用高压水枪立即向工作面及附近洞壁喷射高压水，以降低岩体的强度，增强塑性，减弱岩体的脆性，降低岩爆的剧烈程度，加快了应力释放过程，同时起到降温除尘的作用，缩短了通风时间。

3.2 加密岩爆部位周边光爆眼

加密岩爆部位周边光爆眼（现场周边眼间距不大于30cm），改变周边眼装药结构，由间隔装药变为连续装药，爆破后周边岩体产生细微裂缝，加速应力释放。该措施增加了炸药单耗，提高了工程开挖造价，但对岩爆的防治效果比较明显，在后期岩爆处理措施上多

采用。

3.3 增设超前应力释放孔

在开挖过程中增设超前应力释放孔，减弱岩爆缩短岩爆释放时间。超前应力释放孔钻孔深度4.5m，右侧拱角处超前应力释放孔外插角度为35°，隔孔装药；掌子面超前应力孔垂直基岩面造孔，均进行装药，每孔装乳化炸药1.05kg，详见图1：

图1 岩爆部位网络图

3.4 掌子面增设安全防护网

岩爆发生区域已有扩大的趋势，右壁掌子面已有岩爆现象。弹射现象较为严重，最大弹射距离达10m以上，严重威胁作业人员安全，使施工等待时间大大加长。为减弱岩爆，缩短岩爆释放时间，尽快进行作业，施工中除进行超前应力释放孔施工以外，在掌子面布设柔性防护网，网片规格为10cm×10cm方格网。网片拼结成掌子面形式，通过开挖台车固定于掌子面上，防止掌子面岩爆及岩石弹射造成施工人员伤害。

洞身开挖过程中虽然采取以上措施对岩爆起到了一定的减弱，使岩爆释放时间及程度有了一定的缩短及改善，但岩爆释放时间仍然较长（8～10小时），造成施工循环时间过长。

施工单位在洞侧壁岩爆区采用随机锚杆及超前锚杆挂网支护（锚杆长3.5m，入岩3.4m；挂网Φ8@200*200mm）。

3.5 岩爆严重塌方区处理

桩号2+545m～2+550m段塌方最大高度为0.5～3.8m；桩号2+550～2+568m段塌方最大高度为4.5～11m；桩号2+568m以后至目前掌子面桩号2+575m段由于支护得力，开挖方案较得当，岩爆破坏势头基本得到控制。起初对大塌方的处理方式先采用洞段封堵后回填混凝土充填塌方空间，然后重新进行洞室开挖，采用“短进尺、强支护”开挖方式为保证安全，开挖后及时采用钢拱架支护，支撑16#工字钢钢拱架，拱架间距视实际情况采用0.3～1.0m不等，根据洞内围岩情况，钢拱架间距略加放宽0.5～0.7m一榀，打锁脚锚杆φ25mm（长3m入岩2.9m，间距1m）与在每榀拱架拱角部位打8根φ28（长4.5m入岩4.0m）加固锚杆，锚杆与钢拱架电焊加固；钢拱架之间用φ25连接钢筋，电焊连接（长1.2m搭接0.2m，间距1m）；挂φ8钢筋网（0.2*0.2m）。及时喷护C20砼。对洞室两拱脚各布设了4排φ25系统锚杆，长3m，间距1.5m；拱架两侧各布4排φ25锁脚锚杆，长3.5m，间距0.5m。

4 结语

本工程隧道出现岩爆段约1400m，占全长的1/3。岩爆的产生对工程进度、安全、工程造价影响较大，因此要通过已完工程的成功经验用于后期类同工程，促使工程建设项目节约控制成本，减少安全事故隐患。

（责任编辑：蒋建华）