高速公路隧道施工岩爆的防治技术

韩宗泽

（山西路桥建设集团有限公司总承包分公司，山西 太原 030000）

0 引言

由于高速公路隧道中段埋深较大，当围岩整体性较好时，很有可能发生岩爆。由于岩爆具有突发性，很难对抛射出去的石块方向及远近等进行预测，对隧道施工人员及设备造成安全威胁，所以有必要在了解岩爆特征的基础上，探讨有效的防治措施。

1 岩爆规律与分类

1.1 岩爆规律

岩爆主要具有以下规律：

（1）岩爆通常发生于埋深相对较大的隧道，因为只有围岩的埋深很大，才有可能产生导致岩爆的地应力，岩爆发生概率因围岩埋深的增加而变大。

（2）岩爆和围岩岩性有关。岩爆通常发生于质地硬脆、有较好整体性及级别相对较高的围岩，比如石英岩、花岗岩和石灰岩都是岩爆发生概率较高的围岩类型。

（3）处在节理较发育与断层破碎带中的围岩，通常不会发生岩爆，可见岩爆受围岩构造的影响[1]。

（4）岩爆和围岩含水情况也有一定关系。当隧道埋深、围岩岩性及构造完全相同时，较为干燥的围岩更容易发生岩爆，有地下水存在的段落其围岩基本不会岩爆。

（5）当隧道开挖工作面较为圆顺且光面爆破效果相对显著的围岩段，一旦发生岩爆，则岩爆烈度将远高于超欠挖相对较大的围岩段。

（6）岩爆发生概率相对较高的围岩段，通常在与掌子面相距不超过开挖宽度300%的位置，即与掌子面之间的距离越近，则越容易发生岩爆。

（7）开挖面上容易发生岩爆的位置以拱部及边墙上部为主，即与地面之间的距离越大，越容易发生岩爆。

（8）在时间上岩爆主要具有以下规律：对掌子面进行爆破开挖施工的最初3h，最容易发生岩爆，且岩爆强度较大；爆破开挖施工7d 内，虽然岩爆仍频繁发生，但强度逐渐降低；爆破开挖施工2个月内，仍有可能发生岩爆；爆破开挖施工2个月后，不容易发生岩爆。此外，随时间不断延长，岩爆发生位置将持续向更深层发展，以岩层内部崩裂为主要表现，此时可以听到岩层内部发出闷响。

（9）岩爆往往伴有爆裂声响：如果发出撕裂声，则说明发生了因压致拉的岩爆，由于这一岩爆只能发生在围岩表面，所以声响清脆，因岩爆产生的裂缝与岩壁保持平行，岩爆结束后，岩块将呈现片状；如果发出沉闷声，则说明发生了因压致剪切拉裂的岩爆，该岩爆结束后会岩块呈现块状，在岩石表面能看到很多弧状裂缝，且裂缝中还伴有擦痕。通常情况下，前一种岩爆持续时间不长，破坏性不大，而后一种则持续时间相对较长，可能造成较严重的破坏[2]。

1.2 岩爆分类

根据烈度的不同，岩爆可分为以下3类：

（1）弱型岩爆：表现为声响较小，岩爆后产生的岩块粒径不大，数量很少，产生形式以掉落为主。

（2）中强型岩爆：表现为内部发出类似于放鞭炮的声响，岩爆后产生的岩坑直径可以达1～2m，伴有大量岩块，产生形式以弹出为主。

（3）较强型岩爆：表现为内部发出剧烈声响，岩爆后产生的岩坑直径超过2m，并伴有飞快弹出的大石块[3]。

2 岩爆防治

某隧道为分离式双洞隧道，左、右线长度分别为7 097.897m 和7 120m，埋深较大，最大处可达1 286m。该隧道中段围岩类型包括石灰岩与灰岩，产状为厚层状，大块砌体形式，完整性尚好，有很强的抗风化性能，几乎不含地下水。基于岩爆的规律与分类，现结合该高速公路隧道实际情况，探讨有效的岩爆防治措施。

在该隧道施工期间发生的岩爆中，以中强型的范围最大，其次为弱型岩爆，较强型岩爆范围最小。岩爆烈度主要受隧道埋深影响，通常弱型岩爆发生位置的埋深为800～950m；中强型岩爆发生位置的埋深为950～1200m；较强型岩爆发生位置的埋深普遍超过1 200m。

按照规范要求，对于可能发生岩爆的隧道，需在施工中严格遵循“以防为主，防治结合”的基本原则。结合该隧道岩爆发生规律，在施工中采取如下各项处治措施。

2.1 做好施工组织

在发生岩爆的段落施工时，应安排专人在掌子面处进行全天值班，并组建专门的监控工作小组，为全体参建人员围绕岩爆防治工作开展专门的安全教育，同时对岩爆防治需要的各类设备及材料予以严格落实。

2.2 促进高地应力释放

（1）在隧道掌子面上借助潜孔钻机连续钻出超前钻孔，孔深按10～30m 控制，孔径按70～90mm 控制，孔数需达到5～8个，以促进高地应力得以提前释放。

（2）对于发生较强型岩爆的围岩段，需更改开挖方式，即将全断面开挖改为先在断面下部进行下导坑开挖，其宽度、高度分别按5m 和4m 控制。待下导坑开挖结束后，方可扩大开挖断面。开挖下导坑除了能促进高地应力释放，还能起到减弱飞石破坏力，从而减轻岩爆危害，另外对危石的处理也比全断面法更加方便。经过以上处理，整个施工过程中没有发生强度较大的岩爆。在开挖下导坑时，为防止岩爆加剧，先做好护顶，再进行出砟，具体做法为：①按设计要求爆破开挖；②当采用薄钢板进行防护时，对远处直接暴露的围岩拱部及边墙进行喷水；③对湿润的拱部及边墙进行混凝土喷射，喷射厚度需达70mm，采用强度等级为C25且掺入钢纤维的混凝土；④混凝土喷射完成后在拱部及边墙上部设置防护锚杆，并挂设钢筋网；⑤做好上述护顶施工后，方可开始出砟；⑥在边墙下部设置防护锚杆，并挂设钢筋网。

（3）除较强型岩爆外的其他类型岩爆段，需在掌子面上分别向拱部、边墙及开挖方向设置深度为10m、孔径不小于70mm 的钻孔，并对钻孔进行高压注水，为掌子面及围岩拱部与边墙持续喷洒冷水，从而起到软化围岩的作用，促进应力释放，降低岩爆发生概率和烈度。

（4）在条件允许的情况下，通过松动爆破可以在围岩内部产生裂缝，以促进高地应力释放。

2.3 避让措施

（1）考虑到爆破开始后的最初3h，岩爆发生概率最大，故在这一时段暂停施工，以减轻或避免岩爆造成的危害。

（2）对发生岩爆的围岩段进行施工时，需在掌子面处安排专门的安全人员，对岩爆的实际情况进行观察和记录，并负责监听岩爆声响，掌握围岩拱部及边墙情况，一旦发现险情，应立即示警，组织所有施工人员有序、快速地撤离。

（3）对发生弱型或中强型岩爆的围岩段进行施工时，需酌情采取如下防护措施：①为钻孔台车及运输车等机械安装专门防止飞石打击的钢板；②在围岩拱部与边墙上部设置临时锚杆，同时挂设钢筋网；③借助喷射机械对容易发生岩爆的围岩拱部进行混凝土喷射。

（4）在发生较强型岩爆的围岩段进行施工时，除了做好下导坑开挖，还需在下导坑设置楔管式锚杆，并挂设钢筋网，以免飞石崩出造成事故。另外，在必要的情况下还应做好超前支护，通过设置钢架支撑来降低岩爆危害。

2.4 加强初支

对于不同岩爆类型，可按照表1所示参数要求对初支进行加强。

表1 各岩爆类型的初支加强参数

3 结语

该高速公路隧道建设中有近860m 长的围岩段发生了岩爆，在施工中通过对岩爆规律的分析掌握，借鉴其他工程相关经验，提出以上各项防治措施，从根本上降低了岩爆危害，保证了施工安全和进度。