岩爆安全技术措施7.5

向莆铁路隧道

岩爆地段施工安全技术措施

中铁一局向莆铁路FJ-5A标指挥部

二○○九年七月四日

向莆铁路隧道岩爆地段施工安全技术措施根据向莆铁路FJ-5A标隧道设计资料，中铁一局管段高盖山隧道、金瓜山隧道有发生的岩爆可能。结合目前现场施工实际情况，高盖山隧道4号斜井和金瓜山隧道平导内均发生岩爆现象，为了确保施工安全，特制定向莆铁路隧道岩爆地段施工安全技术措施。

一、设计情况

高盖山隧道测区最大水平主应力侧压系数为1.25,最小水平主应力侧压系数为1.1。高盖山洞身围岩大部分为流纹岩、英安质晶屑熔结凝灰岩、碎斑熔岩及晶洞碱长花岗岩等硬质脆性岩，最大埋深H＝723m,容重γ＝27kN/m3,单轴饱和抗压强度80MPa。水平最大主应力σh=1.25σz=24.4MPa,水平最小主应力σh=1.1σz=21.47MPa。竖向应力σz＝γH＝19.25MPa。根据岩爆预测，本隧道硬质脆性岩类地段，埋深小于240m时，不会产生岩爆，埋深在（240m，368m）范围，有岩爆发生的可能或产生轻微岩爆；埋深在(368m,650m)范围，会发生中等规模的岩爆；埋深在650m以上时，会发生较强岩爆。具体地段见下表：

高盖山隧道出口段洞身岩爆预测地段表

金瓜山隧道测区地应力为水平方向，水平最大地应力为σH＝1.05~1.2σz，水平最小地应力σH＝0.7~0.8σz。金瓜山隧道硬质脆性岩主要为石英正长斑岩、钾长晶洞花岗岩、晶屑凝灰熔岩等火山岩类，其最大埋深为H＝765m。容重γ＝27KN/m3,水平最大主应力σH＝1.1σz＝22.13MPa,水平最小主应力σH＝0.75σz＝19.05MPa,竖向地应力σz＝γH＝20.12 MPa。根据地质报告，场地应力场以NE-SW 向（N80°E）最大主压应力特征，与隧道线路夹角55°，与隧道横截面夹角α＝35°。硬质脆性围岩单轴饱和抗压强度RC＝110MPa，根据岩爆预测，当埋深大于590m时，隧道洞身围岩属高应力区。可能有不同程度的岩爆发生。具体地段见下表：

金瓜山隧道出口段洞身岩爆预测地段表

目前施工中高盖山5号斜井、金瓜山平行导洞等相继出现了岩爆。鉴于目前的情况，编制以下安全施工技术措施，以指导项目施工，确保安全。

二、岩爆的特点及分类

（一）隧洞内的岩爆一般具有以下特点

①岩爆发生在无水干燥的硬岩地段居多。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掌子面及距离掌子面1～3倍洞径范围内，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。

⑤由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成掌子面附近较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。

（二）岩爆的分类

岩爆类型划分研究中, 首先根据高地应力的成因, 将岩爆类型

划分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类;

然后依据具体应力条件, 并结合岩爆特征等内容, 再将岩爆划分成

8 个亚类。岩爆烈度分级研究中,主要依据岩爆声响、运动特征、岩块形态特征、断口特征、发生部位、时效特征、影响深度以及对工程的危害性等内容进行分级。本标段隧道设计依据不同的岩爆判别法，将岩爆划分为无岩爆、弱岩爆、中等岩爆、强岩爆四级。

三、岩爆防治措施

针对本标段隧道的具体情况，为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，在岩爆地段施工中采用以下安全技术措施：

1.在隧道施工可能发生岩爆时，应遵循以防为主，防治结合，对开挖面前方的围岩特性，水文地段情况等进行预测，预报，当发现有岩爆存在的可能性时，应及时作好施工前的准备工作。

2.在施工过程中，加强超前地质探测及岩爆预报。预报岩爆发生的可能性及地应力的大小，预测确定岩爆的等级。采用采用超前钻探方法，沿掘进方向布置扇形超前钻孔或者声反射、地温探测等方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，通过观察（一听响声，二看位置，三看方向）找出岩爆发生的前兆，逐步积累经验，将多种方法综合运用岩爆预测。

3.在施工中重视应力监测工作。高地应力地段，必须依照设计图纸要求开展应力监测。通过对围岩和支护结构的现场观察、拱顶下沉、净空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岩爆等级，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。

4.对弱岩爆地段的施工，采取开挖后立即喷射C25混凝土，厚度20～50mm，对围岩及早封闭,局部打设φ22砂浆锚杆。岩爆段喷射混凝土应采取湿喷工艺。辅助坑道无衬砌地段应适当增加喷射混凝土厚度。

5.中等岩爆地段，爆破后尽快对岩爆部位活动块石清理、挂设φ

6.5钢筋网，间距为20cm@20cm、局部打设φ22砂浆锚杆、喷射C25混凝土50～80mm进行封闭，以尽可能减少新鲜围岩的暴露时间。围岩干燥时，须先向掌子面等处洒水。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面。部分较强地段采取在岩壁切槽的方法来释放应力，以降低岩爆的强度。

6.强岩爆地段，应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。在掌子面打设超前钻孔，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。爆破后立即向工作面及工作面后一定距离的隧道周边进行喷雾和高压冲洗，以适当改变岩石的力学性质，降低岩石的脆性，将需释放的能量转变为热能；岩爆猛烈时，应在安全处躲避一段时间，待避到平静为止，平静后立即对顶部的岩爆松石清除，然后在打设φ22砂浆锚杆、拱顶打设φ25超前锚杆支护、架立钢支撑、喷射80～100mmC25纤维或钢纤维混凝土，采取多种支护方法有效的组合，一起来防止岩爆的发生。