拉林铁路片麻岩隧道岩爆预测及防治措施

陈 志 春

(中铁十七局集团第五工程有限公司,山西 太原 030032)



拉林铁路片麻岩隧道岩爆预测及防治措施

陈 志 春

(中铁十七局集团第五工程有限公司,山西 太原 030032)

介绍了岩爆的形成条件，结合岩爆的等级，分析了岩爆对隧道施工的影响，并以拉林铁路布喀木隧道工程为例，阐述了岩爆的预测方法及防治措施，从而确保隧道施工的安全性。

隧道，岩爆，超前地质预报，防治措施

1 岩爆形成的条件

根据以往对岩爆的研究和工程实践，岩爆发生的基本条件如下：1)岩石单轴抗压强度是发生岩爆的基本条件之一，岩石单轴抗压强度大于80 MPa的坚硬岩石中易发生岩爆；2)坚硬、脆性岩是发生岩爆的基本条件之一，脆性硬岩主要为：石英岩、花岗岩、闪长岩、片麻岩、大理岩等；3)完整的岩体结构是发生岩爆的基本条件之一，完整的岩体积聚有很大的弹性应变能量；4)岩石埋深是发生岩爆的基本条件之一，通常认为岩石埋深大于200 m有可能发生岩爆；5)隧道轮廓的平整度是岩爆形成的条件，隧道开挖轮廓线不平整容易发生岩爆。

2 岩爆分级

依据岩爆危害程度及其发生时的声响特征、运动特征、爆裂岩块形态特征、发生部位、时效特征等，将岩爆烈度划分为轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆、剧烈岩爆四个等级(RMS方案，1998)。铁路隧道设计规范对岩爆分级如表1所示。

3 岩爆对隧道施工的影响

1)岩爆具有突发性及不可预见性，对施工作业人员、设备安全威胁大。施工人员精神负担极大，人员辞工现象严重，施工效率受到严重影响。

表1 岩爆烈度分级表

2)岩爆易造成支护变形、开裂，影响工程质量。

3)岩爆段采取喷洒高压水、超前应力释放孔、加强支护及安全防护等措施，严重降低了施工进度指标，对工期造成较大压力。

4 结合拉林铁路布喀木隧道施工总结岩爆预测和防治措施

4.1 隧道工程概况

布喀木隧道位于西藏林芝市米林县境内，隧道起讫里程：DK362+180～DK371+420，全长9 240 m，于线路前进方向右侧DK364+900处设一道长1 695 m的横洞。隧道地处雅鲁藏布江桑加峡谷地貌，地形起伏较大，纵断面标高范围为：3 081 m～4 500 m，隧道最大埋深约为1 381 m。隧道预设计正洞岩爆段落7 640 m、横洞岩爆段落1 410 m。隧址区范围内覆盖层为第四系全新统坡残积层的碎石土，下覆基岩为新元古—中元古界念青唐古拉巴拉岩组片麻岩。岩爆发生地段主要为Ⅱ级、Ⅲ级围岩。

4.2 岩爆的预测

1)结合岩爆形成的条件、各级特征对岩爆发生进行预测，从掌子面岩石岩性、岩体结构是否完整、隧道埋深、地下水情况等多方面进行综合判断。

布喀木隧道发生岩爆最小埋深为275 m，掌子面揭示围岩岩性为片麻岩，受地质构造影响轻微，节理裂隙较发育～不发育，无地下水，围岩稳定性好。边墙和拱腰发生岩爆，岩爆形态特征以薄片状、薄透镜状为主，断口为贝壳状。截止目前共确认500 m岩爆地段，其中轻微岩爆500 m，中等岩爆50 m。

2)岩爆发生与地应力积聚特征有着密切的关系。因此，地应力场分析对于岩爆预测非常重要，高地应力条件是发生岩爆的必要条件。最大主应力达到20 MPa～30 MPa时，岩体处于高地应力状态，易发生岩爆。通过现场试验和理论计算预判岩爆的等级。岩爆等级预判表见表2。

表2 岩爆预判表

布喀木隧道开挖过程中取有地质代表性的岩石进行单轴抗压强度试验，大部分岩样的抗压强度值超过了100 MPa，最大值为232 MPa，由以往经验可知单轴抗压强度大于80 MPa即满足岩爆发生的基本条件。隧道各段的最大主应力σ1和洞壁最大切向应力σmax采用有限元分析的结果。通过试验数据分析，布喀木隧道具有轻微和中等的岩爆倾向性。

3)参考设计图中对岩爆的预设计段落，结合超前地质预报法进行预测。超前地质预报法包括：宏观的地质现场超前预报和采用仪器进行地质雷达、红外线、超前钻孔等多种方法。

4.3 岩爆的防治措施

1)超前地质预报。在施工时，一方面可直接根据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面形状、岩体的破碎程度、岩体强度等，再结合设计岩爆地段，对掌子面前方的岩体条件、形状及完整性进行预测。另一方面，采用超前探测孔和TSP地质预报对前方地质进行探测。当预测可能有岩爆发生时，应立即采取岩爆防护措施。

2)岩爆的防治措施。岩爆防治可通过改善围岩的物理力学特性、改善围岩的应力状态和控制爆破减少扰动等方法。为减弱岩爆的危害，应及时对开挖的工作面进行支护，按岩爆的强弱采取的支护措施不同。布喀木隧道根据岩爆等级支护措施如下：a.轻微岩爆地段。轻微岩爆地段实施全断面法开挖，一次成形，减少对围岩的扰动，及时在掌子面和洞壁喷洒水以软化围岩。爆破采用光面爆破，循环进尺控制在3 m以内，爆破、通风、找顶后，洞壁四周、掌子面洒水3遍，每遍相隔5 min～10 min，使开挖面充

分湿润，洒水喷头水柱不小于10 m。支护采用网喷支护，喷层厚度根据设计的围岩级别而定，Ⅱ级围岩5 cm，Ⅲ级围岩8 cm。钢筋网采用φ6钢筋网，网格间距25 cm×25 cm，在岩爆发生部位随机布设φ22，L=2 m长的砂浆锚杆。b.中等岩爆地段。中等岩爆实施全断面光面爆破开挖，循环进尺控制在3 m以内。除了喷洒高压水外，还应加强支护。支护采用初喷5 cm厚CF25钢纤维混凝土；φ6钢筋网，网格间距25 cm×25 cm，φ25机械涨壳式中空注浆锚杆，长3 m，间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置；复喷C25混凝土厚5 cm。c.强烈岩爆地段。强烈岩爆进尺控制在2 m以内；全断面开挖，一次成形，减少对围岩的扰动；掌子面沿拱墙开挖轮廓线周边施作φ76超前应力孔提前释放应力、降低岩体能量，超前应力释放孔环向间距1.5 m，纵向间距20 m，单孔长度25 m；具体布置见图1。注水利用锚杆孔、超前应力释放孔及炮孔高压注水，以降低岩体强度。支护采用施作φ25超前锚杆，环向间距0.5 m，纵向间距2 m，单根长3.5 m；初喷5 cm厚CF25钢纤维混凝土；φ6钢筋网，网格间距25 cm×25 cm，φ25机械涨壳式中空注浆锚杆，长4 m，间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置；架设12 cm×12 cm格栅钢架，纵向间距1 m；复喷C25混凝土厚12 cm。

4.4 采取的防护措施

1)进入岩爆段落的施工人员均佩戴钢盔和防护服或防弹背心。2)对主要施工设备安装防护钢板或钢筋防护网(装载机、挖掘机、自卸车、三臂凿岩台车、湿喷机和混凝土运输车)。3)掌子面安装高清监控摄像头，加强岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时及时躲避。设置专职安全人员全天候巡视警戒及监测。听到围岩内部有闷雷似的声响时，应尽快撤离人员及设备，每次岩爆发生时，作业人员及设备均应及时躲避一段时间，待岩爆平静为止。

5 结语

布喀木隧道洞身地质主要以新元古—中元古界念青唐古拉巴拉岩组片麻岩为主，通过预测和现场验证，岩爆主要发生于埋深在200 m以上，岩性指标(洞壁切向应力、主应力、单轴抗压强度)达到要求的硬质岩。采取的防治措施能有效预防岩爆对施工人员的伤害和对设备的损坏。本隧道岩爆措施均为预设计，需要通过影像资料和岩爆记录情况由设计、建设单位进行确认后实施治理。

[1] 肖广智.不良、特殊地质条件隧道施工技术及实例(三)岩爆防治[M].北京：人民交通出版社，2016.

The rock burst prediction and prevention measure of Lalin railway gneiss tunnel

Chen Zhichun

(FifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

This paper introduced the forming conditions of rock burst, combining with the rock burst level, analyzed the influence of rock burst to tunnel construction, and taking the Bukamu tunnel engineering of Lalin railway as an example, described the prediction method and prevention measures of rock burst, so as to ensure the safety of tunnel construction.

tunnel, rock burst, advance geological prediction, prevention measure

1009-6825(2017)14-0165-02

2017-03-06

陈志春(1983- )，男，工程师

U455.6

A