周永林

(京福閩贛鐵路客運專線有限公司)

在巖石地下工程中，比較常見的一類地質(zhì)災(zāi)害就是巖爆，就巖爆的狹義概念來講，主要是由于高地應(yīng)力區(qū)地下洞室在進行挖掘的過程中，巖體應(yīng)力會進行釋放，這個時候巖塊就會從地下洞口飛射出去。而巖爆的廣義意義指的是一種地質(zhì)災(zāi)害，這種地質(zhì)災(zāi)害是出現(xiàn)在硬巖的隧道施工中，包括的形式有動力破壞和靜力破壞，一般情況下，動力破壞比靜力破壞的破壞程度更大。就全球范圍內(nèi)來看，巖爆的突發(fā)性和高發(fā)性嚴重影響著地下施工，不但嚴重影響著施工的進度，同時會對人們的生命財產(chǎn)造成相應(yīng)的威脅，所以引起了廣泛的關(guān)注，故筆者針對隧道工程中巖爆的防治與應(yīng)對策略進行相應(yīng)的闡述，論述內(nèi)容如下:

1 巖爆的特征以及產(chǎn)生的條件

巖爆是出現(xiàn)在隧道施工中圍巖層的破壞現(xiàn)象，一般情況下伴有劇烈的響聲以及巖體碎塊的震動、反射等，出現(xiàn)這種狀況的原因有兩點，這兩點分別是內(nèi)因和外因，其中內(nèi)因包括山體的本身有著比較高的地應(yīng)力，這樣巖體的本身就儲存了比較大的應(yīng)變能?；蛘呤怯捎趪鷰r本身比較完整，但有一些裂縫，這些裂縫中儲存了大量的能量，很容易引起巖體本身的變形，導致破壞。其中外因指的是巖體具有足夠的上巖厚度，或者是巖體環(huán)境中沒有地下水，會導致巖體的干燥，再有就是進行挖掘的過程中，由于斷面形狀不規(guī)則，局部的應(yīng)力就會集中。以上是導致巖爆的條件。

表1 巖爆強度綜合分級表

筆者參與施工的京福鐵路北武夷山隧道北武夷山隧道DK528+580～DK530+610、DK530+680～ +940、DK531+380～+900、DK532+320～570地段為高應(yīng)力區(qū);DK528+450～DK529+580極高應(yīng)力區(qū)，開挖過程中出現(xiàn)巖爆。

2 巖爆的機理

在進行巖爆機理的研究過程中，中外專家沒有得到共識，所以筆者從兩方面上進行分析，這兩方面主要是靜力學理論和動力學理論。

2.1 靜力學理論

在進行隧道施工的過程中，遇到高地應(yīng)力或者是硬脆性的環(huán)境，其穩(wěn)定性趨于失衡的時候，會導致巖爆的形成，主要指的是切應(yīng)力無限接近于圍巖的壓縮強度，在進行隧道的施工中，經(jīng)常會用這一點用作判斷的依據(jù)。

(1)強度理論觀點

這里所說的強度理論觀點主要是指圍巖承受過大的應(yīng)力，在過大應(yīng)力的作用下失穩(wěn)的一種狀態(tài)，這個現(xiàn)象可以運用格里菲斯的理論進行解釋，同時也可以運用摩爾—庫倫準則進行相應(yīng)的解釋。

(2)能量學觀點

從能量學的角度來進行考慮，巖爆的發(fā)生主要是圍巖中聚集了太多的能量，當承受不住的時候，產(chǎn)生了釋放，也就說其彈性應(yīng)變能的釋放，對于彈性應(yīng)變能，進行判斷的依據(jù)主要是彈性應(yīng)變的指數(shù)。

(3)斷裂以及損傷理論

針對巖體的材質(zhì)而言，比較容易出現(xiàn)裂縫以及損傷，而巖爆的出現(xiàn)與這一點也是有著密切的關(guān)系，所以早已存在的小斷面也較容易出現(xiàn)巖爆。

2.2 動力學理論

動力學理論主要是指通過人為開挖而出現(xiàn)的一種地質(zhì)災(zāi)害，并不是自然災(zāi)害，在進行開挖的過程中，由于每個圍巖的環(huán)境不一樣，所以出現(xiàn)的情況也不一樣。

在進行鉆爆法進行開挖的過程中，要運用各炮層的順序進行起爆以及周邊眼起爆之后進行開挖，與此同時，瞬間的大幅卸載以及巖爆事件的本身也會產(chǎn)生一種疊加效應(yīng)，其中最為顯著的是處于一種雙向受壓和一側(cè)臨空的情況，有巨大破壞潛力的擾動，這樣，圍巖就非常容易發(fā)生變動，這些應(yīng)力的波動會隨著環(huán)境的變動而不斷的惡化，一旦受到外界的刺激，就會發(fā)生大規(guī)模瞬間的動力擴展，圍巖失穩(wěn)，這點就是圍巖的動力學理論機制。

圖1

3 巖爆的防治與應(yīng)對

3.1 隧道巖爆的預(yù)測

巖爆主要是基于高應(yīng)力的條件下出現(xiàn)的一種破裂現(xiàn)象，所以可以根據(jù)所開發(fā)地段的地應(yīng)力進行相應(yīng)的評估，在實際的評估過程中，可以運用的理論比較多，主要可以分為兩種方法，一種是理論法，這種方法是經(jīng)過長時間的理論基礎(chǔ)沉積下來的，例如應(yīng)力判據(jù)法和脆性指標法等。第二種方法為實測法，顧名思義，這種方法主要是運用實際的儀器對將要開發(fā)的現(xiàn)場進行檢測，例如超前地質(zhì)預(yù)報法等。但是在實際的應(yīng)用中，兩種方法都有缺陷，筆者介紹的方法是根據(jù)圍巖的切向應(yīng)力，運用數(shù)據(jù)來進行計算。

3.2 關(guān)于巖爆的預(yù)防措施

在進行隧道開挖的過程中，應(yīng)該主要以順應(yīng)自然環(huán)境為主，進行人為的調(diào)整相關(guān)因素，從加工以及設(shè)計等加強巖爆的防范，這樣可以在一定程度上減輕巖爆的發(fā)生率。

(1)從隧道的設(shè)計上進行防范

對于地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)該主要側(cè)重于防治，在選擇隧道地址的方向上，應(yīng)該首先要避免有巖爆傾向的地段，在選好地址的時候，應(yīng)該從隧道軸線以及斷面的設(shè)計上進行預(yù)防，主要將隧道的軸與最大主應(yīng)力的方向平行，這么做的好處可以有效的改善隧道的結(jié)構(gòu)受力條件。

(2)在施工過程中對于巖爆的防治

①改善圍巖的物理力學的性能

在具體的施工過程中，通過隧道的掌子面以及洞璧的噴水或注水可以有效的促進巖壁的軟化，讓圍巖沒有那么干燥，有效降低危險表層的強度與能量，注水的同時也可以有效的使裂縫進行擴展，降低其彈性應(yīng)變能的能力。

②人為的提供給圍巖變形的空間

在實際的開挖過程中，為了有效的降低其高應(yīng)力，可以提供給圍巖一定的空間，例如分部開挖，這樣可以有效的解除應(yīng)力。通過打設(shè)超前鉆孔或在超前鉆孔中進行松動爆破，在圍巖內(nèi)部造成一個破壞帶，即形成一個低彈區(qū)，從而使洞壁和掌子面應(yīng)力降低，使高應(yīng)力轉(zhuǎn)移至圍巖深部，施工時可在掌子面上打設(shè)5～6個超前鉆孔，深15～20 m左右，既可以起到超前鉆探地質(zhì)的作用，又可以起到釋放掌子面應(yīng)力的作用。在實際的施工過程中，可以有效的進行巖爆的防治，但是在實際的工作中，要根據(jù)具體的情況進行具體的分析，要根據(jù)現(xiàn)場圍巖的質(zhì)地以及地應(yīng)力的大小來進行決定。

③運用合理的開挖方式

在進行開挖的過程中，對于爆破的方法要及時的進行優(yōu)化，采用適當?shù)乃幜?，并且進行間隔性的裝藥，增加起爆雷管的數(shù)量的同時減少藥量，用“短進尺、多循環(huán)”，這樣可以有效的提高光爆的效果。再有一點，就是要經(jīng)常性的組織挖掘人員的培訓，在培訓的過程中有效的提高人員的素質(zhì)，這樣也可以在很大程度上減少巖爆的發(fā)生。在實際的工作中，有條件的情況下，最好是運用TBM來代替鉆爆，這樣可以從減少震動的同時進行爆破。

(3)加固隧道的支護設(shè)施

合理的運用錨噴支護可以及時的對圍巖面進行加護，在一定程度上提高圍巖體自身的強度，讓圍巖體與加護設(shè)備結(jié)合成一個共同體，共同來抵御巖爆的發(fā)生。

4 簡述巖爆的防治

(1)在工程勘測階段首先應(yīng)該進行細致的地應(yīng)力的測量，通過詳細的計算分析所處環(huán)境的具體情況，對巖爆做到早期的并且主動的預(yù)防，這是預(yù)防巖爆最基礎(chǔ)的措施。

(2)分別從宏觀和微觀的角度對地質(zhì)遺跡力學進行研究，分別分析巖石單軸的過程和低圍壓下三軸的試驗，這樣做的目的是揭示巖爆的機理，讓施工人員了解其具體情況，可以為下一次的隧道施工積累重要的經(jīng)驗。

(3)要想測定巖爆的具體規(guī)律，可以運用進行施工的巖爆超前預(yù)測報來進行評定和預(yù)測，有助于掌握巖爆的情況。

(4)最后就是加強支護，對于這一點是防止巖爆的重要一點，這樣做的目的主要是為了優(yōu)化所處洞室的不規(guī)則形狀，并且可以有效的改善周圍巖體的狀態(tài)，有效的改善其較大的地應(yīng)力。

5 討論

由于巖體本身的性質(zhì)決定了巖爆發(fā)生的概率，而巖爆的發(fā)生也具有高發(fā)性和突發(fā)性等特點，所以在實際的隧道施工中，應(yīng)該盡可能的減少巖爆發(fā)生的概率，深刻以及全面了解導致巖爆發(fā)生的誘因，理論與實際緊密的結(jié)合起來，從隧道的設(shè)計開始，到每一部工程的建設(shè)，將防治落實到實處，提高施工者的素質(zhì)。在技術(shù)支持上，有條件的情況下，最好要運用損傷性比較小的設(shè)備，爆破的藥物也要少量多次，提高隧道工程施工的安全性。在實際施工過程中，巖爆在隧道施工中經(jīng)常發(fā)生，巖爆的動力學理論，由于缺乏相關(guān)深入的研究，所以還沒有提出相對有效的超前預(yù)報方法和控制措施，所以對于巖爆而言，研究相應(yīng)的圍巖動力學機制，是未來巖爆研究中的熱點。

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