樊興權(quán)

摘 要：巖爆是隧道或地下隧道的施工中一種較為嚴重的災害現(xiàn)象。一般以巖石、巖體、圍巖結(jié)構(gòu)的突然性爆裂，并伴以巖石碎片的彈出為主要現(xiàn)象。施工過程中出現(xiàn)的巖爆現(xiàn)象，不僅會對人以及設備造成影響，還會使工程超挖，降低支護結(jié)構(gòu)在工程中的效果，同時也正因為如此，會造成一定程度的地表沉降，不利于施工的繼續(xù)進行。通過研究巖爆的成因等方面的因素，對巖爆進行系統(tǒng)的了解，減少施工中人為影響產(chǎn)生的巖爆現(xiàn)象，維護安全生產(chǎn)的正常進行。

關(guān)鍵詞：巖爆；形成原因；防治措施

巖爆是在巖體中由彈性形變的勢能不斷累積在一定的條件下突發(fā)性劇烈釋放的現(xiàn)象，一般會伴隨著巖石爆裂等現(xiàn)象，通常情況下烈度較高的巖爆現(xiàn)象還會伴隨著將巖石碎片進行彈射和地基變動現(xiàn)象，輕度的巖爆則僅僅有巖片的掉落，并無彈射現(xiàn)象。

由于巖爆是一種失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在深埋的地下施工中，常常因為地下施工對巖體的力學平衡狀態(tài)造成影響而發(fā)生，輕微巖爆對于工程施工影響甚微，但是中度巖爆和重度巖爆對于施工工人和設備的影響十分巨大，同時因為劇烈?guī)r爆后會對工程開挖造成大范圍超挖，削弱了初期支護對工程形成保護的能力，容易引發(fā)隧道工程發(fā)生多次事故。在隧道的組織、施工以及生產(chǎn)安全的建設中，對巖爆現(xiàn)象進行研究，提前發(fā)現(xiàn)、提前處理，減少工程中受到巖爆威脅情況的發(fā)生，對于隧道工程建設來講有著非常重要的意義。

1 隧道施工中巖爆的形成原因

通常情況下在隧道的施工中發(fā)生的巖爆現(xiàn)象主要是由兩方面形成：內(nèi)因方面，由于巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在對于能量有儲存能力的高儲能體，在其儲存的能量接近或者超過巖體的強度以及周圍結(jié)構(gòu)的承受能力，就會產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象；外因部分，由于施工等其他外界因素影響，對巖體增加了新的附加的荷載，破壞了巖體原本平衡但脆弱的力學平衡狀態(tài)。

在應力較為集中或應力較大的地區(qū)或者環(huán)境中，而巖體中又具有較高脆性和硬度，由于隧道掘進過程中對周圍的圍巖受力情況不斷地造成影響，使圍巖中的受力不斷增加逐漸接近圍巖可接受的強度極限時，圍巖本身具有的裂縫持續(xù)增大，此時，即使環(huán)境中產(chǎn)生細微的改變也會使圍巖出現(xiàn)一定程度的斷裂現(xiàn)象，進而發(fā)生巖爆。

在對具有截面較大的硬巖進行隧道的開挖施工時，出于施工進度等方面的考慮，會對硬巖地區(qū)采用直眼掏槽的大藥量、大進尺的光面爆破，此類爆破雖然可以加快施工效率和施工進程，但是由于爆破過程中爆破對巖體產(chǎn)生的破壞以及不同的炮層中起爆順序不同，在爆破眼位的起爆過程中會對開挖的掌子面等部位造成載荷的劇烈變化，由于巨大的力學傳動以及各爆破孔應力的累加，會產(chǎn)生大量不同來源，不同方向，不同效果的應力，這些應力會在微觀上對圍巖造成影響，使圍巖的累積不斷加劇從而造成損傷，同時也由于上述原因再加上爆破產(chǎn)生的震動以及對巖體結(jié)構(gòu)的破壞也使得原本巖體中的力學結(jié)構(gòu)發(fā)生大量的變化，巖類結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大量的裂縫，這些裂縫在各種應力的作用下瞬間大量拓展，其中也伴隨著微觀結(jié)構(gòu)上巖體細微顆粒的不停作用便會出現(xiàn)較為嚴重的巖爆現(xiàn)象。

2 對巖爆造成影響的因素

目前學者們進行大量的研究，認為在巖爆產(chǎn)生的過程中主要有五個因素在其中發(fā)揮著影響作用。第一是巖體間的初始的最大應力與巖石單一方向的抗壓力能力的比值，通常情況下會大于一比七；第二是巖石本身對壓力的抵抗強度，以八十兆帕為準；第三是巖石本身的完整狀態(tài)，是否具有天然的整體結(jié)構(gòu)；第四是隧道位置的深度，一般情況下巖爆現(xiàn)象在埋深較大的隧道施工中較為常見；第五是巖石本身處于較為干燥的狀態(tài)，且沒有與水接觸的其他途徑和方式。一般情況下，同時具備以上這些因素其中的三點就容易出現(xiàn)巖爆，而這些具有巖爆條件的工程里，發(fā)生巖爆概率的大小也與巖爆本身洞室的跨越程度有關(guān)，一般來講巖體洞室跨度與巖爆發(fā)生的幾率是呈正相關(guān)的關(guān)系來進行的。

巖爆發(fā)生也與巖體本身的一些性質(zhì)以及巖體所處的狀態(tài)有所關(guān)聯(lián)。因為巖爆特殊的產(chǎn)生方式，也就意味著巖爆現(xiàn)象對于巖體、圍巖中的各種應力是極為敏感的。應力的集中通常也是引發(fā)巖爆的主要原因，同時也決定了巖爆的烈度，影響著深度和廣度，因此應力是影響巖爆的最大因素。一般來講發(fā)生巖爆現(xiàn)象都是應為應力過于集中造成的，在人為施工中，由于施工的方法等原因，會對天然形成的應力平衡產(chǎn)生影響。破壞自然條件下產(chǎn)生的應力平衡，加劇巖體或圍巖的受力情況，開挖過程中所形成的隧道或洞室的形狀也與巖爆有著較為密切的關(guān)系，通過研究總結(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，圓形的洞室發(fā)生巖爆的概率要小于非圓形的，這是因為在應力分析方面來看，圓形的洞室在應力集中情況上集中的程度較小，而非圓形的情況中，應力的集中和分散情況價位復雜，通常情況下在拐點中有著較高的應力集中，因此應力集中的原因和巖爆的產(chǎn)生原因也與這些條件有著一定的關(guān)聯(lián)。此外在爆破過程中也會對巖爆產(chǎn)生一定的影響，爆破過程中一些應力的傳遞會以波的形式進行，各種勢能和力的波傳遞勢必會給原本的巖體或圍巖造成影響，對本身受力勉強達到平衡狀態(tài)的巖石來講，這樣的力學傳遞在巖石內(nèi)部就會被破壞而導致整個結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，也就導致了巖爆現(xiàn)象的發(fā)生。

3 巖爆防治措施

3.1 改善圍巖物理力學特性

在施工中，若判定圍巖特性是誘發(fā)巖爆的主要因素，其防治措施主要有：爆破前加強底部裝藥，適度炸裂掌子面前方圍巖，在未開挖洞段圍巖內(nèi)產(chǎn)生裂縫，提前誘發(fā)圍巖應力的調(diào)整和釋放；爆破后立即向掌子面及附近洞壁噴灑高壓水，以降低周邊圍巖的地溫場，從而控制巖石在開挖后的過度膨脹。

3.2 應力解除

對于以高地應力為主要誘因的巖爆，重點應放在超前圍巖地應力調(diào)整上，目前，常用的方法主要有超前地應力驅(qū)除爆破和鉆設應力釋放孔兩種，在極強巖爆條件下的應力接觸爆破施工方案如圖1所示。超前地應力驅(qū)除爆破是通過超前預爆破，致使掌子面前方待開挖洞段及對應的隧道周邊一定范圍內(nèi)巖體產(chǎn)生裂隙，從而使很高的原始地應力提前進行分異和調(diào)整。應力釋放孔包括超前應力釋放孔和周邊圍巖應力釋放孔，改善已開挖或待開挖洞段的坑道受力狀況，有效地降低巖爆產(chǎn)生。

3.3 加固圍巖

當隧道開挖后，將引起一定范圍內(nèi)的圍巖應力重分布和高地應力的釋放，在高地應力未完全釋放前，從外界及時給開挖后的巖石施加一個力，去改善和平衡隧道周邊分布的地應力。由于錨噴支護結(jié)構(gòu)、格柵鋼架柔性好，它能與圍巖共同變形，構(gòu)成一個共同工作的承載體系，調(diào)整圍巖應力，抑制圍巖變形發(fā)展，避免巖爆的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

巖爆盡管在性質(zhì)上有著突發(fā)性偶發(fā)性等特點，但是在形成中并非毫無規(guī)律，只要掌握了科學的方法對巖爆現(xiàn)象進行預先的因素收集，就能夠?qū)r爆現(xiàn)象進行足夠的預測和預報工作，并根據(jù)結(jié)果合理規(guī)劃整個工程，以減少巖爆現(xiàn)象產(chǎn)生的各種不利影響。

參考文獻

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