秦岭终南山公路隧道岩爆特征及处理措施

秦岭终南山公路隧道岩爆特征及处理措施(原创)

(2007-05-20 17:12:18)

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分类：桥隧专业

秦岭终南山公路隧道

岩爆特征

施工措施

秦岭终南山公路隧道岩爆特征及处理措施

张杰

中国天津市

摘要：介绍秦岭终南山公路隧道岩爆发生的条件、岩爆类型及特征，提出了钻爆法施工通过岩爆段的处理措施。

关键词：公路隧道岩爆施工措施

1、前言

秦岭终南山公路隧道为国家规划“四纵四横”西部大通道中的“银川—西安—武汉”和“二连浩特—包头—西安—北海”两条大通道公用线上的特大型控制工程，也是我国目前长度最长达18.02Km，最大埋深为1600m公路特长隧道。隧道位于陕西省西安市长安区石贬峪乡与柞水县营盘镇之间，设计为两座平行双车道隧道，分为东、西两线，两线间距为30m。该公路隧道东线通过洞口及现有的秦岭铁路隧道II线作为出渣通道施工，实现了长隧短打，可缩短工期，减少投资。在施工过程中，遇到了较强烈的岩爆，岩爆是此隧道施工主要的地质灾害。本文拟通过秦岭终南山公路隧道出口段柞水境内7.6Km地段围岩的岩爆分析、研究，提出钻爆法施工通过岩爆地段的施工处理措施。

2、工程地质情况

秦岭终南山公路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，具体地质、岩爆分布见图一（图一见附页）第一段（K82+816—K79+580）：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（见表1），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（见表2），主要地质灾害是围岩坍方，局部有轻微的岩爆现象。

第二段（K79+580—K75+180）：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（见表1），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，隧道埋深500-1350m，本段全属高应力区（见表2），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。

3、岩爆发生条件

经勘测及秦岭铁路隧道岩爆的研究表明：岩爆的发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。秦岭终南山隧道的岩爆主要发生在第二段

（K79+580—K76+180）的混合片麻岩段，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。第二段围岩埋深大，岩体完整性好，受构造影响轻微，围岩的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=34.05Mpa，属于高地应力水平，满足发生岩爆的条件。根据秦岭铁路隧道力σ

1

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）

σ

θ≥0.3 Rc（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。

σ

θ—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得到。

表1 岩石强度及变形参数测试结果

取样位置岩性

抗压强度

Rc（MPa）

抗拉强

度Rt

（MPa）

弹性模量

Et（MPa）

泊松比

μ

弹性能量

指数

Wet

脆性指数

Kr=（Rc/Rt）

K78+980 混合花岗

岩

140.11 10.24 7.8×100.19 6.25 13.68

K77+176 混合片麻

岩

131.99

(127.12)

9.44

5.1×10

(4.8×10)

0.17

7.44

(7.12)

13.98

K76+906 混合片麻

岩

177.88 13.27 5.8×100.17 6.53 13.40 表2 铁路隧道II线平导三维地应力测试结果

对应公路隧道里程主应力（MPa）

主应力倾角

（0）

主应力方位角

（0）

隧道开挖后最大

切应力（MPa）

σθ=(3σ1-σ3)

隧道埋

深

H(m) σ1 σ2 σ3 α1 α2 α3 β1 β2 β3

K81+095 15.07 1057 8.32 1.4 14 76 331 241 62 37.4 270 K76+156 34.05 27.75 14.99 74 7 15 30 143 235 87.16 970

4、岩爆类型及特征

4.1 岩爆类型。

通过对出口段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：

4.4.1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。

4.4.2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6-12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