岩爆常识与分级标准

一般岩爆的预防及处理
（1）岩爆产生条件
①近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能；
②围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小；
③具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m；
④无地下水，岩体干燥；
⑤开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。

⑥在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆。

（2）岩爆的特点
隧洞内的岩爆一般具有以下特点：
①在未发生前，并无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。

②岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的2～3小时，24小时内最为明显，延续时间一般1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。

③岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。

石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，脱落面多与岩壁平行。

④岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。

（3）岩爆的现场预测预报
①地形地貌分析法及地质分析法
认真查看其地形地貌，对该区的地形情况有一个总体的认识，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区，另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。

依据地质理论，在地壳运动的活动区有较高的地应力，在地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强的地区，自重应力也较大。

②AE法（声发射法）
AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果，通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测，该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N，它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。

这种预报方法是最直接的，也是最有效的。

③钻屑法（岩芯饼化法）
这种方法是通过对岩石钻孔进行，可在进行超前预报钻孔的同时，对钻出的岩屑和取出的岩芯进行分析；对强度较低的岩石，根据钻出岩屑体积大小与理论钻孔体积大小的比值来判断岩爆趋势。

在钻
孔过程中有时还可以获得如爆裂声、磨察声和卡钻现象等辅助信息来判断岩爆发生的可能性。

④地温法
采用红外线测温仪，若地温接近正常埋深地温，说明地下水渗流弱，围岩干燥无水，则产生岩爆的可能性较大。

以上几种方法在实际施工过程中要综合应用，相辅相成互相印证，方能对岩爆的发生进行准确的预报。

（4）岩爆防治措施
①改善围岩应力
这种方法主要是降低围岩应力是围岩应力小于围岩强度，避免岩爆的发生。

在施工中主要采取如下措施：
在洞身开挖爆破时，采用“短进尺、多循环”，采用光面爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，改善围岩应力状态。

选择合适的开挖断面形式，也可改善围岩应力状态。

应力解除法：通过打设超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破，在围岩内部造成一个破坏带，即形成一个低弹区，从而使动壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，施工时可在掌子面上打设5～6个超前钻孔，深15～20m左右，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。

超前钻孔的布臵形式及参数与地质预测预报孔相同。

②改善围岩性质
在施工过程中，可采取对工作面附近隧道岩壁喷水或钻孔注水来
促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。

但这种方法在隧道施工中一般对隧道围岩的稳定有一定的影响。

③对围岩进行加强支护和超前支护加固
其作用有两个：
改善掌子面及1～2倍洞径洞段内围岩的应力状态，由于支护的作用不但改变了应力大小的分布，而且还使洞壁从单维应力状态变为三维应力状态。

拟采用的加固办法有：锚杆和超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑，二次衬砌。

这种方法是施工中最为常用的，因此施工过程中，在易发生岩爆的地段，要采取锚杆、超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑等多种支护方法有效的组合在一起来防止岩爆的发生。

（5）岩爆段施工技术来源：
针对隧道的地质特征，在施工中可能出现岩爆的地段应采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。

在高应力地段施工中可采用以下技术措施：
①在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。

②在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。

采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围
③打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔，钻孔直径为45mm，每循环可布臵4～8个孔，深度5～10m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度1～3m不等。

必要时，若预测到的地应力较高，可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现。

④在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。

⑤在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，同时利用光面爆破技术，严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断面尽可能规则，减小局部应力集中发生的可能性。

在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2.5m以内。

⑥加强施工支护工作
支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维或塑料纤维混凝土，再加设锚杆及钢筋网。

必要时还要架设钢拱架和打设超前
锚杆进行支护。

衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。

同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以防发生事故。

⑦对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。

以降低岩爆的强度。

⑧在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工安全。

岩爆现象辨识与岩爆分级
⑴岩爆现象辨识
①岩爆现象：在极高地应力和高压力地段，坑壁岩石象炸弹一样突然飞出，并伴随着巨响，气浪和震动，破坏洞身工程设施或造成人身伤亡事故。

轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。

严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。

②岩爆辨识的观测方法：岩体在钻孔过程中或爆破后出现深部或浅部爆裂声或伴随着呈片状剥离掉块和岩体自行辟裂现象时，一般情况下，可先考虑有岩爆的可能性；整体性较好、弹性脆性层状岩层层面某部位突然出现呈贝壳凹穴状（片状剥落）以及岩块弹射的情况等可认定为岩爆现象。

③岩爆判断的简易技术方法——岩爆发生的最小埋深判据
一般情况下，岩爆与隧道埋深有着密切的关系。

据经验，一般埋深超过1000m时，隧道一般会发生岩爆现象。

根据工程需要，对于岩
爆的临界埋深需要一个大致的了解，以便在施工过程中做好防范。

可假定深埋隧道的地应力以自重为主，在不考虑构造应力的情况下，根据岩爆发生的的临界埋深判据公式，举例计算如下：
上例说明,实际埋深值已超出计算临界埋深,
应注意做好岩爆的防范预案。

⑵岩爆分级
注：σθ/σc与围岩强度比不同；其中，σθ为地下工程围岩最大切向应力，σc岩石单轴抗压强度。

3. 岩爆施工对策与安全措施
⑴目前预防岩爆的方法是应力解除法、岩体深部注水软化法和岩面喷水软化吸收应力法、锚-网-喷砼联合封闭支护。

简要介绍如下：
①应力解除
主要方法有：在强烈岩爆区，钻应力释放孔、减轻岩爆烈度；必要时采取周边超前深孔爆破，形成爆破松动圈（厚度2~3m），从而减少洞周切向应力，释放弹性能，达到应力解除的目的，松动圈自身同时担当保护层的作用；或者在掌子面范围内，施作长钻孔，采取过量装药爆破技术，实施爆破强震，以期提前释放应力，减小或解除地应力，减轻岩爆。

②岩面喷水或岩体深部注水软化，吸收弹性能
爆破后通风排烟，立即向工作面及附近洞壁岩体岩面喷洒高压水，以降低岩体强度，减弱岩体的脆性，增强塑性，降低岩爆的剧烈程度；也可以利用炮孔和锚杆孔向岩体深处高压注水，以取得更佳效果。

③处理岩爆的技术方案、措施
防护方案及措施：轻微岩爆：喷钢纤维混凝土；中等岩爆：及时施作锚杆加固岩体，改变洞壁岩体的应力状态，改变岩爆的触发条件；中等和强烈岩爆：采用锚网喷联合支护，也可用喷钢纤维砼代替挂网喷护。

另外，改进光面爆破，，调整钻爆工艺，改深孔爆破为浅孔爆破，减少一次装药量，拉大段别，延长爆破时间，减轻爆破对围岩的影响，减小爆破应力场的叠加，降低岩爆频率和强度。

⑵人员、设备安全防护
预计有弹射可能岩爆发生时，施工人员须配发钢盔（含面部护罩）、防弹背心等，掌子面加挂钢丝网。

增设临时防护设施，为主要设备安装防护网和防护棚架；岩爆剧烈时，应采取躲避措施，直到岩爆平静；严格巡回撬顶，及时清除爆裂的危石，确保施工人员安全。

4.建议
综上所述，岩爆危害性较大，技术人员及现场各级管理人员和作业人员应认真对待岩爆现象，对岩爆的危害性有一个初步认识。

收集各种岩爆迹象，为正确、及时判定与处臵岩爆提供详实的一手资料。