浅谈公路隧道岩爆施工技术

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1、浅谈公路隧道岩爆施工技术中铁十一局集团第四工程有限公司刘双庆【摘要】岩爆是高地应力区隧道开挖施工中常见的一类动力失稳地质灾害现象，极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。本文通过对西汉高速公路峰堡寨隧道断面开挖时发生岩爆现象的观测，分析其特征和规律，从实践中初步总结出了一套预防和治理岩爆的方法。【关键词】峰堡寨隧道岩爆施工技术1工程及地质概况1.1工程概况二河国道主干线贯穿我国西部地区，起于二连浩特，止于河口，是沟通华北、西北及西南三大经济区的主要干线。户县经洋县至勉县元墩段是陕西省境内的一段，是沟通陕西关中与陕南地区经济发展的一条重要通道。1.2地质情况本项目位于

2、秦岭南麓，地势北高南低，山脊呈长梁状或园状，海拔1000～1500m。因冲刷侵蚀强烈，延展方向变化较大，切割深度小于500m，山坡坡度35°～60°。植被发育。K4+460～K7+100段为峰堡寨隧道段，山势陡峻，植被发育，最高点高程1474.40m，为线路区最高点；峰堡寨隧道出口段地质按岩性主要分为两段，发生岩爆地质灾害的地段主要分布在第二段，具体分布如下。第一段岩性以含绿色矿物混合花岗岩为主，间夹蚀变闪长岩、闪长玢岩、伟晶岩及长英岩等岩脉，除蚀变闪长岩外，其余岩石强度高、变形小，岩体受地质构造影响严重，断裂构造发育，有大小断层15层，皆为压性逆断层，岩体节理裂

3、隙较发育—发育，地下水局部较发育，主要为渗水、滴水和小股流水。本段围岩主要为Ⅲ～Ⅳ类，断层带及蚀变闪长岩发育地段为Ⅱ～Ⅲ类，隧道埋深50～600m，具中等地应力，主要地质灾害是围岩坍方，局部有轻微的岩爆现象。第二段岩性以混合片麻岩为主，间夹角闪片麻岩、黑云母片岩残留体、长英岩及伟晶岩岩脉等，岩石强度高、变形小，岩体受地质构造影响轻微-较严重，节理裂隙不发育或较发育，断层局部发育，地下水不发育，仅少数地段有渗水、滴水或小股流水。本段围岩主要为Ⅳ～Ⅴ类，局部断层带为Ⅱ～Ⅲ类，本段全属高应力区，主要地质灾害是岩爆，局部地段有围岩破碎所引起的围岩坍方。2岩爆的产生岩爆的发

4、生主要由地应力和岩性两个因素决定，岩性条件要求岩石具有良好储能性能的弹脆性岩体，隧道初始应力条件要求达到高应力水平。这样隧道在穿越坚硬围岩且处于高应力地区时，常常由于围岩的应力超过围岩的强度而使围岩发生突然破坏，并伴随产生块体的弹射、抛掷、震动、声响等释放内部较大的弹性应变能的现象称为岩爆。3岩爆的现象、特征和规律3.1岩爆的发生条件峰堡寨隧道的岩爆主要发生在混合片麻岩段，混合片麻岩属极硬岩，其弹性能量指数（Wet）和脆性指数（Kr）都高。且围岩埋深大，岩体完整性好，受构造影响轻微，围岩初始地应力及隧道开挖后形成的最大切向应力都较高，最大主应力σ1=34.05Mp

5、a，属于高地应力水平，满足发生岩爆的条件。根据隧道施工实际调查和岩爆课题组的研究成果，得出秦岭终南山公路隧道岩爆发生的临界条件为：   Rc≥15Rt                （1）   Wet≥2.0                （2）   σθ≥0.3Rc            （3）    Kv≥0.55               （4）其中：Rc—岩石的单轴抗压强度，在实验室实测。     Rt—岩石的单轴抗拉强度，在实验室实测。     σθ—隧道洞壁最大切向应力，σθ=(3σ1-σ3)。    Kv—岩体的完整性系数，由岩体和岩块的纵波速计算

6、得到。3.2岩爆的类型及特征3.2.1岩爆类型通过对本隧道施工过程围岩岩爆的观察、分析研究，将围岩岩爆的类型按破裂程度大小特征分为以下4种：（1）弹射型岩爆此种类型岩爆发生在极坚硬、极完整的围岩的岩壁上，呈零星断续出现，一般是在开挖后6～12小时发生，发生时有清脆的“啪、啪”声响，随即有约5～10cm大小的中间厚边缘薄的岩片弹出（弹射距离2～7m）或烟雾状的岩粉喷射出（即所谓“冒烟”）。此种类型岩爆无明显预兆，持续时间短（一般几个小时），对隧道破坏和机械损坏影响不大，但对施工人员的安全威胁较大。（2）爆炸抛射型岩爆此种类型岩爆也是零星断续出现，一般也是在开挖后6～

7、12小时内发生，发生时首先有“啪、啪”声响，紧接着像放大炮一样“砰”的一声巨响，随着响声可见到大小不一的片状、块状岩块（最大20～30cm）和岩粉被抛掷出来，抛掷距离5～7m。此种类型岩爆持续时间一般也只有几个小时，但有一定规模，也具备一定的偶然性和突然性，对机械和施工人员的安全有较大影响，对隧道的破坏也有一定影响。（3）破裂剥落型岩爆此种岩爆在围岩开挖30分钟即发生，局部地段开挖后一年后还能发生，岩爆发生时有时能听到“啪”或“嘎”，或“啪、啪、啪”或“嘎、嘎、嘎”声响，随即出现岩面开裂，然后发生剥落。岩爆坑规模较大，最大为长×宽×深达10×7×2.5（m）,剥落

8、的岩块为片