陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司,山西 太原 030032)

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拉林鐵路片麻巖隧道巖爆預測及防治措施

陳 志 春

(中鐵十七局集團第五工程有限公司,山西 太原 030032)

介紹了巖爆的形成條件，結合巖爆的等級，分析了巖爆對隧道施工的影響，并以拉林鐵路布喀木隧道工程為例，闡述了巖爆的預測方法及防治措施，從而確保隧道施工的安全性。

隧道，巖爆，超前地質預報，防治措施

1 巖爆形成的條件

根據(jù)以往對巖爆的研究和工程實踐，巖爆發(fā)生的基本條件如下：1)巖石單軸抗壓強度是發(fā)生巖爆的基本條件之一，巖石單軸抗壓強度大于80 MPa的堅硬巖石中易發(fā)生巖爆；2)堅硬、脆性巖是發(fā)生巖爆的基本條件之一，脆性硬巖主要為：石英巖、花崗巖、閃長巖、片麻巖、大理巖等；3)完整的巖體結構是發(fā)生巖爆的基本條件之一，完整的巖體積聚有很大的彈性應變能量；4)巖石埋深是發(fā)生巖爆的基本條件之一，通常認為巖石埋深大于200 m有可能發(fā)生巖爆；5)隧道輪廓的平整度是巖爆形成的條件，隧道開挖輪廓線不平整容易發(fā)生巖爆。

2 巖爆分級

依據(jù)巖爆危害程度及其發(fā)生時的聲響特征、運動特征、爆裂巖塊形態(tài)特征、發(fā)生部位、時效特征等，將巖爆烈度劃分為輕微巖爆、中等巖爆、強烈?guī)r爆、劇烈?guī)r爆四個等級(RMS方案，1998)。鐵路隧道設計規(guī)范對巖爆分級如表1所示。

3 巖爆對隧道施工的影響

1)巖爆具有突發(fā)性及不可預見性，對施工作業(yè)人員、設備安全威脅大。施工人員精神負擔極大，人員辭工現(xiàn)象嚴重，施工效率受到嚴重影響。

表1 巖爆烈度分級表

2)巖爆易造成支護變形、開裂，影響工程質量。

3)巖爆段采取噴灑高壓水、超前應力釋放孔、加強支護及安全防護等措施，嚴重降低了施工進度指標，對工期造成較大壓力。

4 結合拉林鐵路布喀木隧道施工總結巖爆預測和防治措施

4.1 隧道工程概況

布喀木隧道位于西藏林芝市米林縣境內，隧道起訖里程：DK362+180～DK371+420，全長9 240 m，于線路前進方向右側DK364+900處設一道長1 695 m的橫洞。隧道地處雅魯藏布江桑加峽谷地貌，地形起伏較大，縱斷面標高范圍為：3 081 m～4 500 m，隧道最大埋深約為1 381 m。隧道預設計正洞巖爆段落7 640 m、橫洞巖爆段落1 410 m。隧址區(qū)范圍內覆蓋層為第四系全新統(tǒng)坡殘積層的碎石土，下覆基巖為新元古—中元古界念青唐古拉巴拉巖組片麻巖。巖爆發(fā)生地段主要為Ⅱ級、Ⅲ級圍巖。

4.2 巖爆的預測

1)結合巖爆形成的條件、各級特征對巖爆發(fā)生進行預測，從掌子面巖石巖性、巖體結構是否完整、隧道埋深、地下水情況等多方面進行綜合判斷。

布喀木隧道發(fā)生巖爆最小埋深為275 m，掌子面揭示圍巖巖性為片麻巖，受地質構造影響輕微，節(jié)理裂隙較發(fā)育～不發(fā)育，無地下水，圍巖穩(wěn)定性好。邊墻和拱腰發(fā)生巖爆，巖爆形態(tài)特征以薄片狀、薄透鏡狀為主，斷口為貝殼狀。截止目前共確認500 m巖爆地段，其中輕微巖爆500 m，中等巖爆50 m。

2)巖爆發(fā)生與地應力積聚特征有著密切的關系。因此，地應力場分析對于巖爆預測非常重要，高地應力條件是發(fā)生巖爆的必要條件。最大主應力達到20 MPa～30 MPa時，巖體處于高地應力狀態(tài)，易發(fā)生巖爆。通過現(xiàn)場試驗和理論計算預判巖爆的等級。巖爆等級預判表見表2。

表2 巖爆預判表

布喀木隧道開挖過程中取有地質代表性的巖石進行單軸抗壓強度試驗，大部分巖樣的抗壓強度值超過了100 MPa，最大值為232 MPa，由以往經驗可知單軸抗壓強度大于80 MPa即滿足巖爆發(fā)生的基本條件。隧道各段的最大主應力σ1和洞壁最大切向應力σmax采用有限元分析的結果。通過試驗數(shù)據(jù)分析，布喀木隧道具有輕微和中等的巖爆傾向性。

3)參考設計圖中對巖爆的預設計段落，結合超前地質預報法進行預測。超前地質預報法包括：宏觀的地質現(xiàn)場超前預報和采用儀器進行地質雷達、紅外線、超前鉆孔等多種方法。

4.3 巖爆的防治措施

1)超前地質預報。在施工時，一方面可直接根據(jù)施工掌子面的地質條件，如巖體結構面形狀、巖體的破碎程度、巖體強度等，再結合設計巖爆地段，對掌子面前方的巖體條件、形狀及完整性進行預測。另一方面，采用超前探測孔和TSP地質預報對前方地質進行探測。當預測可能有巖爆發(fā)生時，應立即采取巖爆防護措施。

2)巖爆的防治措施。巖爆防治可通過改善圍巖的物理力學特性、改善圍巖的應力狀態(tài)和控制爆破減少擾動等方法。為減弱巖爆的危害，應及時對開挖的工作面進行支護，按巖爆的強弱采取的支護措施不同。布喀木隧道根據(jù)巖爆等級支護措施如下：a.輕微巖爆地段。輕微巖爆地段實施全斷面法開挖，一次成形，減少對圍巖的擾動，及時在掌子面和洞壁噴灑水以軟化圍巖。爆破采用光面爆破，循環(huán)進尺控制在3 m以內，爆破、通風、找頂后，洞壁四周、掌子面灑水3遍，每遍相隔5 min～10 min，使開挖面充

分濕潤，灑水噴頭水柱不小于10 m。支護采用網噴支護，噴層厚度根據(jù)設計的圍巖級別而定，Ⅱ級圍巖5 cm，Ⅲ級圍巖8 cm。鋼筋網采用φ6鋼筋網，網格間距25 cm×25 cm，在巖爆發(fā)生部位隨機布設φ22，L=2 m長的砂漿錨桿。b.中等巖爆地段。中等巖爆實施全斷面光面爆破開挖，循環(huán)進尺控制在3 m以內。除了噴灑高壓水外，還應加強支護。支護采用初噴5 cm厚CF25鋼纖維混凝土；φ6鋼筋網，網格間距25 cm×25 cm，φ25機械漲殼式中空注漿錨桿，長3 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置；復噴C25混凝土厚5 cm。c.強烈?guī)r爆地段。強烈?guī)r爆進尺控制在2 m以內；全斷面開挖，一次成形，減少對圍巖的擾動；掌子面沿拱墻開挖輪廓線周邊施作φ76超前應力孔提前釋放應力、降低巖體能量，超前應力釋放孔環(huán)向間距1.5 m，縱向間距20 m，單孔長度25 m；具體布置見圖1。注水利用錨桿孔、超前應力釋放孔及炮孔高壓注水，以降低巖體強度。支護采用施作φ25超前錨桿，環(huán)向間距0.5 m，縱向間距2 m，單根長3.5 m；初噴5 cm厚CF25鋼纖維混凝土；φ6鋼筋網，網格間距25 cm×25 cm，φ25機械漲殼式中空注漿錨桿，長4 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置；架設12 cm×12 cm格柵鋼架，縱向間距1 m；復噴C25混凝土厚12 cm。

4.4 采取的防護措施

1)進入巖爆段落的施工人員均佩戴鋼盔和防護服或防彈背心。2)對主要施工設備安裝防護鋼板或鋼筋防護網(裝載機、挖掘機、自卸車、三臂鑿巖臺車、濕噴機和混凝土運輸車)。3)掌子面安裝高清監(jiān)控攝像頭，加強巖爆監(jiān)測、警戒及巡回找頂，必要時及時躲避。設置專職安全人員全天候巡視警戒及監(jiān)測。聽到圍巖內部有悶雷似的聲響時，應盡快撤離人員及設備，每次巖爆發(fā)生時，作業(yè)人員及設備均應及時躲避一段時間，待巖爆平靜為止。

5 結語

布喀木隧道洞身地質主要以新元古—中元古界念青唐古拉巴拉巖組片麻巖為主，通過預測和現(xiàn)場驗證，巖爆主要發(fā)生于埋深在200 m以上，巖性指標(洞壁切向應力、主應力、單軸抗壓強度)達到要求的硬質巖。采取的防治措施能有效預防巖爆對施工人員的傷害和對設備的損壞。本隧道巖爆措施均為預設計，需要通過影像資料和巖爆記錄情況由設計、建設單位進行確認后實施治理。

[1] 肖廣智.不良、特殊地質條件隧道施工技術及實例(三)巖爆防治[M].北京：人民交通出版社，2016.

The rock burst prediction and prevention measure of Lalin railway gneiss tunnel

Chen Zhichun

(FifthEngineeringLimitedCompany,ChinaRailway17thBureauGroup,Taiyuan030032,China)

This paper introduced the forming conditions of rock burst, combining with the rock burst level, analyzed the influence of rock burst to tunnel construction, and taking the Bukamu tunnel engineering of Lalin railway as an example, described the prediction method and prevention measures of rock burst, so as to ensure the safety of tunnel construction.

tunnel, rock burst, advance geological prediction, prevention measure

1009-6825(2017)14-0165-02

2017-03-06

陳志春(1983- )，男，工程師

U455.6

A