鄂贛隧道巖爆分布規(guī)律及防治

余 平 劉 鎖

（1.安徽省港航建設(shè)投資集團有限公司，合肥 230051）（2.中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401121）

0 引言

巖爆是地下工程開挖過程中在高地應(yīng)力條件下，由于巖體應(yīng)力釋放導(dǎo)致巖塊驟然以爆炸形式從洞室周邊巖體內(nèi)飛射出巖塊的現(xiàn)象，屬一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。

巖爆的理論研究至今已有將近100年的歷史，由于巖爆產(chǎn)生與多種因素有關(guān)，是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，故國內(nèi)外對其產(chǎn)生機理掌握不是很成熟，國內(nèi)外比較有影響的理論有強度理論、能量理論、剛度理論、斷裂損傷理論和動力擾動理論，從宏觀角度，可簡單劃分為靜力學(xué)理論和動力學(xué)理論。目前，國內(nèi)對巖爆產(chǎn)生判斷的依據(jù)多數(shù)采用應(yīng)力判斷，有影響的主要有中國的陶振宇及挪威的Russenes，兩者均采用斷面洞壁切向應(yīng)力與巖石單軸抗壓強度兩者之間的比值關(guān)系作為判斷的依據(jù)。但由于各隧道地質(zhì)構(gòu)造均不同，巖爆產(chǎn)生的臨界條件也有所差異，鄂贛隧道的巖爆防治在其觀測、判別基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納適應(yīng)自身情況的判別臨界值及其防治措施。

1 鄂贛隧道工程及地質(zhì)概況

鄂贛隧道位于湖北省通山縣與江西省武寧縣交界處，隧道采用分離式，全長6948 米（以右線計），其中湖北段長3031 米，隧道最大埋深約為710 米，左、右線縱坡坡度分別為1.27%和1.3%。

鄂贛隧道穿越的主要巖土體為燕山期的侵入型斑狀二長花崗巖體，偶有石英巖脈侵入。隧道90%以上為Ⅱ級弱風(fēng)化斑狀花崗巖，呈灰白、肉紅色，主要礦物成分為長石、石英、云母，全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。地下水主要為花崗巖基巖內(nèi)的裂隙水，水量受基巖內(nèi)的裂隙發(fā)育程度、季節(jié)性大氣降水影響和控制。

2 巖爆特征及分布規(guī)律

2.1 巖爆特征

1）巖爆是發(fā)出如鞭炮聲、劈裂聲或 “悶雷”等聲響, 并伴隨產(chǎn)生塊體的彈射、拋擲、震動, 洞頂巖爆塊向下撒落時有一定散射角；

2）巖爆多發(fā)生在無地下水，巖體干燥，圍巖新鮮完整，裂隙極少或破裂面兩側(cè)軟弱結(jié)構(gòu)面附近不同巖性軟硬相間的巖層中；

3）巖爆區(qū)多為整體結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)巖體中；或巖爆破裂面存在平行于洞壁的破裂面和與洞壁斜交的破裂面2 種類型。

2.2 巖爆分布規(guī)律

1）巖爆多發(fā)生在隧道爆破后2～4 小時，24 小時內(nèi)最明顯，24 小時至開挖后一星期內(nèi)為巖爆延續(xù)期，一星期后基本穩(wěn)定，偶爾發(fā)生小面積片狀剝落；

2）巖爆多發(fā)生開挖面及其后7～18m 范圍內(nèi)，位于隧道起拱線以上，且埋深大于250m；

3）連續(xù)巖爆洞段巖爆深度變幅不大，規(guī)律性強，零星巖爆洞段則變幅較大，隨機性強；地質(zhì)巖性相同，巖爆類型基本相同；

4）巖爆動力現(xiàn)象的強弱與巖石強度成正比關(guān)系。

5）巖爆產(chǎn)生的規(guī)模，小者3 厘米厚,多為中間厚, 兩側(cè)薄的片狀脫落, 與巖壁平行；大者達到4 噸重，呈1.1～1.5m 的巖塊，巖壁與破裂面斜交。

3 巖爆的預(yù)測及防治方法

3.1 巖爆預(yù)測

1）施工作業(yè)面地質(zhì)素描，觀察圍巖裂隙、地下水發(fā)育、分布及圍巖完整性等情況。

2）專人記錄、整理、總結(jié)每次巖爆發(fā)生的信息以及巖爆發(fā)生點的主要特征。

3）距掌子面5～10m 處，利用便攜式輕型鉆機和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等儀器設(shè)備測定洞壁淺表層鉆孔巖芯應(yīng)力解除前后所貼應(yīng)變片的應(yīng)變差值，然后借此利用點荷載儀在現(xiàn)場對所取巖芯進行側(cè)向加載，進行應(yīng)力恢復(fù)測試，從而求得洞壁最大切向應(yīng)力，采用點荷載儀測試巖石單軸抗壓強度，并通過其計算比值，結(jié)合陶振宇巖爆理論作為比較參考，判斷發(fā)生巖爆的可能性以及規(guī)模。

3.2 巖爆防治措施

巖爆防治必須立足于減輕或避免巖爆傷人毀機及導(dǎo)致圍巖大面積失穩(wěn)的目標(biāo)，按照“安全第一、穩(wěn)扎穩(wěn)打、不盲目冒進”的指導(dǎo)思想，遵循“以防為主、防治結(jié)合、多種手段綜合治理”的原則進行施工和防治。

1）加強巖爆預(yù)測，合理調(diào)整施工工序。在施工過程中，加強作業(yè)面地質(zhì)素描，觀察圍巖裂隙、地下水發(fā)育和分布情況，即時監(jiān)測地應(yīng)力的變化情況，預(yù)報發(fā)生巖爆的規(guī)模和強度。采用上述信息判斷可能發(fā)生巖爆的范圍和時段，適時延長開挖面滯空時間和工序循環(huán)時間，避開高強度、大規(guī)模巖爆時段施工。

2）控制爆破。采用淺孔多循環(huán)，光面爆破，微差起爆嚴(yán)格控制最大齊爆藥量，調(diào)整鉆孔作業(yè)順序，優(yōu)化布孔方式，減輕對圍巖擾動；加強斷面成型質(zhì)量，改善圍巖應(yīng)力，防止破壞性巖爆的發(fā)生。

3）超前鉆孔注水。沿開挖輪廓施作超前鉆孔并定時注水，以超前釋放應(yīng)力。鉆孔直徑為40mm，底板1.5 米以上范圍拱墻均勻布置15 個孔，深度≥4.5m，超前孔外插角為25°～30°，環(huán)向間距1m，定時（不大于3 小時）向孔注水一次。

4）加強初期支護強度并及時施做初期支護。在原有Ⅱ級圍巖支護參數(shù)基礎(chǔ)上（局部布設(shè)錨桿），全斷面加設(shè)φ22 砂漿錨桿，L=2.0m/根，間距2.0×2.0m，底板1.5 米以上拱墻范圍內(nèi)加設(shè)φ6 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距30×30cm。

5）巖面灑水。在爆破通風(fēng)散煙后15 小時內(nèi)各工序作業(yè)過程需持續(xù)向洞壁灑水，保持未支護區(qū)巖面濕潤。

6）圍巖變形監(jiān)測。加強監(jiān)控量測頻率，及時收集整理量測信息，以掌握圍巖及支護變形動態(tài)，動態(tài)指導(dǎo)施工。

7）跟蹤落實。細化分工，預(yù)防措施責(zé)任到人。現(xiàn)場技術(shù)人員負責(zé)地質(zhì)素描、監(jiān)控量測、巖爆預(yù)測試驗、控制爆破、支護等工序?qū)嵤F(xiàn)場施工員負責(zé)跟蹤超前注水、巖面灑水、初期支護及時等方面落實，專職安全人員不間斷監(jiān)督，并嚴(yán)格考核。

4 結(jié)束語

巖爆現(xiàn)象是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，如何有效做好預(yù)測預(yù)報預(yù)防對施工進度、安全、效益均有很大的影響。鄂贛隧道巖爆防治措施是根據(jù)現(xiàn)有靜力學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合花崗巖圍巖特點，實踐中總結(jié)的經(jīng)驗，實施效果較好。鄂贛隧道較業(yè)主總體計劃提前兩個月實現(xiàn)雙洞貫通，取得較好成績。