隧道施工中岩爆的防护措施探讨

徐京城

重庆蜀通岩土工程有限公司 重庆 401147

引言

随着交通运输业的不断发展对隧道施工建设提出了更高的要求，然而在隧道施工过程中无法避免出现岩爆的问题，为了减轻损失需要相关管理人员掌握岩爆问题的发生原因和基本的条件，做好科学的防护，按照不同类型的岩爆采取完善的管理措施，从而使岩爆发生概率能够有所降低，减少对现场施工所产生的影响，提高工程的施工效果。

1 岩爆的概述

1.1 条件

岩爆也称冲击性的地压，是岩体中聚集的弹性势能在一定条件下突然释放而导致岩石爆裂并且弹射出来的现象，一旦出现这一现象会严重地破坏隧道本身的开挖工作面，也会出现严重的设备损失问题，产生的人员伤亡情况非常的严重，轻微的岩爆一般没有任何的弹射现象，只是出现岩石的剥落。较为严重的情况相当于4.25～4.6级的地震，并且持续几天或者是数月，对实际的施工造成了较为严重的影响。当隧道地下工程穿越坚硬岩石时，处于较高低应力的状态下，由于封闭岩层被开发之后，所释放的地应力在逐渐增加而出现破坏的问题，并伴随着也时的弹射以及声响释放较大的弹性应变力，对实际施工所产生的影响非常突出。因此，在现场施工中需要加强防护的工作要点，在这一现象发生时，基本条件为高地应力和坚固的岩石的运力，和埋深有着密切的关系，坚固的岩石分别可利用单轴抗压强压和脆性来进行衡量，在实际施工时需要根据当地的自然条件来确定其中的等级，做好科学划分，逐渐的改善当前的施工方案，从而使整体施工效果能够得到全面的提高[1]。在高地应力方面一般包含的是构造的应力以及岩体本身的自重应力，需要确定其中的垂直应力和最大水平力等等，并且还需要和当地地质情况进行相互的协调。值得注意的是，在高地应力检测方面还需要确定其中的埋深，两者是呈现线性关系的，要根据垂直定义和最大水平应力值来进行精准性的计算，以此来制定更大科学的防护方案。在埋深方面主要是指埋深越大地应力越大，产生岩爆的可能性就越大，在现场施工时需要根据现场的情况进行科学测量，逐渐的改善当前的工作方案，从而使整体施工效果能够得到全面的提高。

产生岩爆还和岩石的脆性有着密切的关系，根据工程实例进行统计发现岩爆大部分发生在片麻岩和花岗岩等岩石中，共同的特征是脆性较高很容易出现岩爆的问题，最后还和围岩的级别有着一定的关系，例如岩体的构造以及裂缝等等，均是产生岩爆的影响因素，围岩的级别属于综合性的指标要根据实际情况进行指标的科学划分，为后续防护工作顺利实施提供重要的数据支持，从而使整体防护水平能够得到全面的提高。在进行单项指标评价时，很有可能会出现不一致的情况，但是只要其中的3～4个指标相同即可认定相同结果的岩爆强度，从而使整体工作效果能够得到全面的提升。

1.2 特点

岩石岩为岩爆中的重要组成部分，这一部分岩石非常的干燥，在发生岩爆之前征兆非常不明显，即使是通过仔细的寻找也无法发现异常的问题，一旦勘察人员认为不会掉落石块之后，但是会随着其中应力的变化突然爆发声响，并且散落石块，这一情况是无法预测的。在实际施工的过程中，施工周边会出现较为严重的岩爆问题并且损失较大，这主要是由于施工中活动触碰了定力而导致的，使得岩爆发生概率在逐渐提高，在岩爆时破坏的规模在几厘米厚甚至是会达到几吨重围岩，破坏较小时形状是中间厚、周边薄，并且有不规则的鱼鳞状和岩壁平行，甚至是会出现脱落的问题。在出现岩爆的过程中，坚硬的岩石先发出声响，并且伴随着剥落的缝隙一起出现，缝隙一旦贯通会产生持续性的剥落和弹出所产生的影响较为突出。受爆破震动的影响会使开挖洞段的应力重新分布，产生大面积的岩爆问题，剥落的小块鱼鳞状伴有碎屑，或者是堵塞整个工作面，对实际施工所产生的影响非常的突出。

1.3 产生原因

首先为隧道埋深的影响水平构造应力较大，地区出现岩爆的概率较大和内部埋深较大有一定的关系，构造应力时受到来自上部分岩体的自重效应，发生了这一情况在实际施工过程中在偏压及深埋的隧道中制作炮眼时，也会出现小规模的岩爆。临近孔眼之间的距离不符合相关的规定，或者是开挖之后的洞穴形状和设计方案存在一定的偏差，并没有考虑形状影响因素导致岩爆问题在逐渐的发生。

其次为结构面的影响，在岩爆结构面中，对岩爆的形成以及分布有着密切的关系，岩爆优势面控制着地应力的大小以及分布等等，如果某一个施工控制出现一定的偏差，会导致结构面稳定性无法得到充分的保证，整体性好和强度较高的岩体更容易发生岩爆，这是在实际工作中需要特别注意的问题。

最后为地下水的影响，在隧道工程施工中，地下水的存在对该部位具有较强的软化和降温作用，有地下水的岩体发生岩爆概率较小，如果隧道内干燥污水埋深较大，会容易出现不同程度的岩爆问题。

第4个影响因素为高地应力的影响，近代构造活动的山岩体内部具有较强的地应力并且储存的应力能随着时间的推移在逐渐增加，如果储存的能量大于自身所承受的强度，是会引发较严重的岩爆问题[2]。一般表现在埋深在地下的花岗岩和石灰岩中，这一情况较为常见。

最后为岩层受到压力的作用，深埋中的岩层上部覆盖着岩石，使岩石周边承载着较大的岩石重量，活动性的断层也会影响着深埋岩层，在没有开挖之前，岩层承受着不同的压力作用，各个压力之间是相等和对等的关系互相抵消，在这一平衡状态下是保持静止状态的变形运动。但是在隧道开挖之后，隧道坑内一些原有的受力体被移走，这就会使得内部的应力发生一定的改变，形状也会发生一定的变化，对原有结构的稳定性造成影响。如果出现受力不均衡的问题，会出现较为严重的岩爆情况，对实际施工的影响较为突出。

2 隧道施工中岩爆的预防策略

2.1 加强前期的勘测

为了使隧道施工中岩爆的发生概率能够有所降低，在实际工作中需要做好前期的准备工作，尤其是要根据现场施工情况做好提前的检测，确定其中的应力分布情况逐渐的改善当前的工作方案，从而使岩爆预防水平能够得到全面的提高。在实际施工之前，要根据现场情况进行全面的勘测，之后再根据勘测资料建立完整的数字模型，利用三维有限元的数值进行模型的运算以及反演的分析，并且初步的确定施工区域内部的数量级，了解容易发生岩爆的部位，采取更加科学的优化措施。例如要调整当前的开发方案，确定主要的支护顺序，从而为后续防护工作的顺利实施提供重要的依据[3]。在后续工作中还需要加强对地质的前期勘测，例如在实际施工过程中要主动的进行超前定制的探测，提前预报岩爆很有可能发生的情况，并且预报发生率的大小。超前探测的方法包含了超前钻探以及生反射等相关工作中，需要根据岩石地质的特点，综合性的判断岩爆发生程度的大小，之后再按照不同的指标进行科学的分析，逐渐的改善当前的工作方案，从而使前期开测效果能够得到全面的提高。在实际勘测时需要做好数据记录工作，根据后续的施工要求和标准，逐渐优化当前的工作方案，从而使勘测工作价值能够得到全面的凸显，保证后续施工的顺利实施。

2.2 钻孔中的预防

在钻孔操作的过程中对地表应力的影响较为突出，并且也会出现一定的振动严重时会导致岩爆问题的发生，因此在实际工作中需要将预防意识落实到钻孔的环境中，逐渐的改善当前的施工方案，减少岩爆问题的发生概率。在隧道内部要提前钻孔，以此来掌握施工面的高低应力，也可以在围岩内部进行注水，从而使表面张力能够有所降低。超前钻孔一般要使用钻探孔通过地质钻机或者是液压钻孔来进行打孔，直径要控制在4-4.5cm左右，每个循环布置的孔数要为5个左右，深度大概为5～10m，必要时要进行科学的测量和当地地质情况进行相互的匹配，逐渐的改善当前的工作方案。在超前探孔中要先进行松动爆破，查看岩体本身的稳固性，之后再使用小炮阵列完整的岩体，向孔洞内部压水，避免出现应力集中的问题。通过科学的管理，减少岩爆问题的发生概率，从而使整体施工安全性能够得到全面的提高。在实际施工的过程中需要做好全面的监测，严格按照钻孔的流程及标准来进行日常的管理，尤其是要加强对围岩的监测工作，细致性的观察现场的地质情况，根据整体的施工方案来进行科学的监测，从而使整体监测效果能够得到全面的提高。在实际工作中需要根据钻孔的工作程序预测地质情况所发生的变化，并且还需要对深部冲击岩爆问题进行定量化的调整，指导钻孔和开挖工作的顺利实施，从而使整体施工安全系数能够得到全面的提高。

2.3 施工的支护

由于一些岩爆在发生时具有突发性的特点，为了减少对现场工作所产生的损失，在实际工作中需要加强对整体施工支护的重视程度，逐渐改善当前的工作方案，从而使施工能够具备较强的安全性。在爆破之后需要立即向侧壁喷射钢纤维或者是塑料纤维混凝土之后再利用钢筋网进行加固，选择正确的支护方法，逐渐提高现场的施工效果。必要时也可以架设钢拱架或者提前搭建锚杆，为了减少岩层的暴露时间，要将安全意识落实到不同工作环节中，并且考虑各个敏感因素，科学的排布好现场的施工工序，从而使实际施工效果能够得到全面的提高。在施工现场中也可以提前架设钢木排架，如果在后续施工时出现爆裂响声，要马上进行支护工作，防止事故的发生，将影响因素的发生降到最低，逐渐的改善当前的工作方案，从而使施工效果能够得到全面的提升。此外在后续工作中还需要在岩爆发生时迅速的封闭支护结构岩爆，规模较小时防控工作可以直接喷射混凝土，如果发生规模为中等时，在防护的过程中，需要在围岩上加设钢筋网和钢筋类再喷射混凝土，如果发生规模较大时，需要马上进行混凝土的衬砌施工，使围岩和支护结构能够紧密的结合，形成较强的自稳能力，使结构能够具备较强的稳定性。在现场施工中，需要全面的监测实际的施工情况以及异常问题，融入先进的设施来进行全面的监测，及时的发现其中的异常问题，在短时间内提出更加科学的应对方案，或者提前制定与之对应的应急管理方法，减少在岩爆发生之后对现场施工所产生的损失，将安全意识落实到不同工作环节中，从而提高整体的施工效果。在进行支护施工时，要提前检查支护结构本身的稳定性，和当地的条件进行相互的匹配，并且细致性的分析前期的勘测数据，按照现场情况选择正确的支护结构，也可以在前期工作中进行必要的实验，了解支护结构的稳定性，避免支护结构功能无法正常的发挥，而增加安全问题的发生概率。

3 结束语

在隧道施工中岩爆问题为常见影响因素影响了现场施工的安全性，因此需要相关管理人员加强对岩爆发生条件和原因的深入性分析之后，再结合以往工作经验确定新型的防治方案，做好现场安全管理，搭建必要性的支护措施，并且进行不同施工环节的科学监测，做好数据的记录工作，不断的补充当前的防护方案，减少岩爆对施工所产生的影响。