鄒 翀，潘 岳，王 華

(1.廣東省隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控與維護(hù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 511458；2.中鐵隧道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 511458)

0 引言

近年來(lái)對(duì)巖爆現(xiàn)象的分析發(fā)現(xiàn)，許多隧道工程中巖爆往往發(fā)生在具有一定大小和數(shù)量節(jié)理的地方，而無(wú)節(jié)理或節(jié)理不發(fā)育的巖體均不會(huì)或極少發(fā)生巖爆[1-3]。對(duì)巖體而言，區(qū)別于其他材料的一個(gè)顯著特征是巖體內(nèi)存在大量隨機(jī)分布的裂隙或結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的存在降低了巖體的完整性和整體強(qiáng)度，對(duì)巖體的力學(xué)特性起著控制性作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀近水平時(shí)，由于結(jié)構(gòu)面的切割，巖體可能呈水平層狀，此時(shí)層間黏結(jié)力很小；在這種情況下，圍巖可能在水平應(yīng)力的作用下劈裂成板，再發(fā)生脆性破壞折斷成塊，由此產(chǎn)生巖爆[2]。

要對(duì)巖爆進(jìn)行合理有效的控制，必須充分認(rèn)識(shí)巖爆產(chǎn)生的機(jī)理。對(duì)巖爆機(jī)理的研究很早便已開(kāi)始，其中斷裂力學(xué)分析及能量分析都是常用的分析方法[4-6]。然而鑒于巖爆力學(xué)機(jī)制的復(fù)雜性，對(duì)于巖爆機(jī)理，一般傾向于采用能量理論進(jìn)行分析和描述，認(rèn)為巖爆的實(shí)質(zhì)是高地應(yīng)力區(qū)的洞室圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中積聚的應(yīng)變能突然釋放[7-9]，這種方法能較好地描述圍巖發(fā)生巖爆的可能性及巖爆發(fā)生的劇烈程度。

本文依托某山嶺隧道，針對(duì)隧道中的拱頂層狀巖體巖爆，對(duì)隧道巖爆的力學(xué)機(jī)制及影響因素進(jìn)行了分析。以層狀巖體脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力計(jì)算式為基礎(chǔ)，結(jié)合能量理論提出巖爆防控的力學(xué)措施，并將巖爆防控措施應(yīng)用到工程中。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某山嶺隧道埋深>700m的地段總長(zhǎng)達(dá)7km，最大埋深達(dá)1 275m。大埋深地段圍巖質(zhì)地堅(jiān)硬、抗壓強(qiáng)度高，發(fā)生巖爆的可能性極高。

施工過(guò)程中，斜井及正洞均出現(xiàn)不同程度的巖爆現(xiàn)象，其中尤以斜井巖爆最頻繁、巖爆程度最嚴(yán)重。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，隧道中巖爆多發(fā)生于拱頂節(jié)理較發(fā)育的巖體，以中等巖爆為主。其表現(xiàn)特征為拱部層狀巖體折斷、崩落，如圖1所示。

圖1 拱頂層狀巖體折斷、崩落型巖爆

1.2 地質(zhì)條件

隧址區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為西北-東南走向，為地震活躍帶。受區(qū)域構(gòu)造影響，巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育且變質(zhì)作用明顯，接觸帶和巖脈較發(fā)育。隧道共穿越7條斷層，斷層與隧道軸向夾角約30°，為不利構(gòu)造。隧道圍巖巖性以花崗巖、花崗斑巖、花崗閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖、凝灰?guī)r等巖漿巖為主。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，Ⅱ，Ⅲ級(jí)圍巖占隧道全長(zhǎng)的77%。

2 層狀巖體巖爆機(jī)理分析

2.1 層狀巖體巖爆力學(xué)機(jī)制

根據(jù)隧址區(qū)地質(zhì)條件及巖爆的發(fā)生部位，結(jié)合地質(zhì)力學(xué)、巖體力學(xué)原理與方法，對(duì)隧址區(qū)的地應(yīng)力方向進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隧址區(qū)地應(yīng)力的最大主應(yīng)力方向近水平且?guī)缀跖c隧道軸線垂直相交。設(shè)水平方向上的地應(yīng)力(最大主應(yīng)力)為P1，豎直方向上的地應(yīng)力(最小主應(yīng)力)為P3，P1>P3，如圖2所示。

圖2 隧道應(yīng)力分析簡(jiǎn)圖

根據(jù)巖石力學(xué)的基本理論，在圖2所示應(yīng)力狀態(tài)下，隧道開(kāi)挖后洞壁的徑向應(yīng)力σr、剪應(yīng)力τ為0。只有切向應(yīng)力σθ在斷面上不同部位有變化。洞壁上平行于最大主應(yīng)力P1的拱頂(圖2中A點(diǎn))出現(xiàn)最大切向應(yīng)力，平行于最小主應(yīng)力P3的邊墻(圖2中B點(diǎn))出現(xiàn)最小切向應(yīng)力。因此，拱頂、邊墻的切向應(yīng)力分別表示為：

σθ拱頂=3P1-P3

(1)

σθ邊墻=3P3-P1

(2)

由于水平方向上的地應(yīng)力比豎直方向上的大，在其作用下隧道開(kāi)挖后拱頂?shù)那邢驊?yīng)力最大，因此巖爆主要發(fā)生在拱部。也正是由于水平向地應(yīng)力比豎向的大，隧道開(kāi)挖后洞壁的最大切向應(yīng)力主要受水平向地應(yīng)力控制，因此在埋深較淺部位也有產(chǎn)生巖爆的可能?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，在隧道埋深遠(yuǎn)小于巖爆臨界埋深的多個(gè)區(qū)段也發(fā)生了巖爆。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料，隧道中出現(xiàn)最多的巖爆是拱頂層狀巖體的巖爆。層狀巖體巖爆主要是由薄層巖板的脆性斷裂引起。如圖3所示，拱頂位置的層狀巖體(圖中深色部分，厚度為t)，如果層面產(chǎn)狀近水平，則在隧道開(kāi)挖后這部分巖體將處于部分臨空(無(wú)支撐段長(zhǎng)度為L(zhǎng))狀態(tài)。為了計(jì)算方便，將其中一層巖層的受力情況簡(jiǎn)化為：厚度為t、無(wú)支撐段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的層狀薄板受水平方向應(yīng)力P的作用。在層狀薄板厚度較小、水平應(yīng)力P較大情況下，無(wú)支撐段會(huì)發(fā)生折斷、崩落。

圖3 層狀巖體巖爆的力學(xué)模型

按圖3所示力學(xué)模型，采用彈性力學(xué)理論，推導(dǎo)出層狀巖體脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr為：

(3)

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖爆崩落下來(lái)的巖板長(zhǎng)、寬大致相等，即L≈b，代入式(3)則有：

(4)

由式(4)可看出：①巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr隨巖板厚度t的增加而提高；②巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr隨泊松比μ的增大而提高；③巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr隨無(wú)支撐段長(zhǎng)度L的增大急劇下降。

從巖爆發(fā)生的過(guò)程可看出，拱頂圍巖劈裂成板是其在水平應(yīng)力作用下克服圍巖豎向的黏結(jié)力，豎向分離并脫開(kāi)的過(guò)程。

當(dāng)拱頂存在產(chǎn)狀近水平的結(jié)構(gòu)面時(shí)，層間黏結(jié)力很小，因而易分離并脫開(kāi)，由此產(chǎn)生巖爆，如圖4a所示。爆落物多呈棱板狀，單塊體積大，表現(xiàn)為中等～強(qiáng)烈?guī)r爆。當(dāng)拱頂無(wú)產(chǎn)狀近水平的結(jié)構(gòu)面時(shí)，拱頂圍巖分離成板前需克服顆粒間黏結(jié)力，所以發(fā)生巖爆的可能性會(huì)有所降低，如圖4b所示。

圖4 拱頂巖板劈裂成板示意

在層狀巖體發(fā)生巖爆時(shí)，拱頂圍巖劈裂成板產(chǎn)生的巖板厚薄直接決定了巖爆強(qiáng)度，如圖5所示。

圖5 拱頂圍巖劈裂示意

由式(4)可看出，巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr隨巖板厚度t的增加而提高，因此有：

1)如圖5a所示，在巖層較薄的情況下，巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr較小，巖板更易折斷產(chǎn)生巖爆，且爆落物呈板狀，塊徑較大，巖爆以中等～強(qiáng)烈?guī)r爆為主。

2)如圖5b，5c所示，在巖層較厚或不存在水平結(jié)構(gòu)面的情況下，巖板脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力σcr較高，不易折斷。這種情況下，拱頂完整圍巖將呈透鏡體薄片脫開(kāi)、爆裂，爆落物呈薄透鏡體，塊徑較小，巖爆以輕微巖爆為主。

2.2 層狀巖體巖爆的影響因素分析

前面的研究表明，圍巖結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和間距對(duì)巖爆的產(chǎn)生有著顯著影響。此外，巖體的力學(xué)參數(shù)及地應(yīng)力大小也是影響巖爆產(chǎn)生的重要因素。為了對(duì)影響巖爆產(chǎn)生的諸多因素進(jìn)行較全面分析，采用離散元法建立如圖6a所示計(jì)算模型。洞室形態(tài)為直墻半圓拱，洞室寬3.9m，直墻高4.5m。結(jié)構(gòu)面設(shè)置為單組水平結(jié)構(gòu)面。由圖6b可看到，計(jì)算結(jié)果顯示，拱頂部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。數(shù)值模擬結(jié)果也證明在層狀巖體中，洞室拱頂?shù)膸r體更易發(fā)生巖爆。

圖6 數(shù)值模擬分析示意

根據(jù)熱力學(xué)定律，能量的轉(zhuǎn)換是物理特征變化過(guò)程的內(nèi)在本質(zhì)。基于這一理論，可認(rèn)為巖石在壓縮過(guò)程中裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展所引起的能量耗散是造成巖石損傷的主要原因。巖石在壓縮過(guò)程中受到的外力所做的總功為[10]：

(5)

在巖石受壓過(guò)程中，外力對(duì)巖石做功。在輸入的這些能量中，其中一部分能量?jī)?chǔ)存在巖石中，轉(zhuǎn)化為彈性應(yīng)變能，而另一部分能量則通過(guò)塑性變形耗散掉。其中，巖石內(nèi)部?jī)?chǔ)存的彈性應(yīng)變能為[10]：

(6)

巖爆是聚集在巖體中的應(yīng)變能突然釋放使巖體發(fā)生猛烈的脆性失穩(wěn)和彈射現(xiàn)象。巖體中積聚的彈性應(yīng)變能越多，則巖爆越易發(fā)生。因此，在數(shù)值模擬中，將巖體所儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能作為量化圍巖巖爆發(fā)生難易程度的指標(biāo)，對(duì)拱頂和直邊墻巖體中儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)值模擬分析結(jié)果顯示，地應(yīng)力及圍巖的彈性模量、泊松比、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面間距對(duì)彈性應(yīng)變能的積聚均有影響。其中，地應(yīng)力是影響圍巖彈性應(yīng)變能積聚的最重要因素，可以說(shuō)對(duì)巖爆的產(chǎn)生起著控制性作用。如圖7所示，隨著地應(yīng)力的增大，拱頂圍巖所積聚的彈性應(yīng)變能顯著增大，而直邊墻圍巖所積聚的彈性應(yīng)變能幾乎無(wú)變化。這主要是由于結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀近水平，使應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在拱頂。這一現(xiàn)象揭示了在高地應(yīng)力作用下巖爆主要發(fā)生在拱部的原因。

圖7 地應(yīng)力與圍巖巖體積聚的彈性應(yīng)變能關(guān)系

除了地應(yīng)力以外，圍巖的彈性模量、泊松比、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面間距對(duì)彈性應(yīng)變能的積聚也存在一定的影響。為了更好地研究拱頂和直邊墻的巖體彈性應(yīng)變能隨各影響因素的變化規(guī)律，選取較低的地應(yīng)力進(jìn)行分析。如圖8a所示，在巖石強(qiáng)度、巖石結(jié)構(gòu)面間距和地應(yīng)力保持不變的情況下，拱頂和直邊墻部位的巖體積聚的彈性應(yīng)變能隨著彈性模量的增大而減小，這一結(jié)果與式(4)中層狀巖體脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果相似。如圖8b所示，拱頂巖體積聚的彈性應(yīng)變能隨著彈性模量的增大而減小。同樣，這一結(jié)果與式(4)中層狀巖體脆斷失穩(wěn)的臨界應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果相似，但是，直邊墻巖體積聚的彈性應(yīng)變能隨著彈性模量的增大而增大。如圖8c所示，對(duì)于硬巖，巖體強(qiáng)度對(duì)彈性應(yīng)變能的積聚影響并不顯著。如圖8d所示，拱頂巖體積聚的彈性應(yīng)變能隨著結(jié)構(gòu)面間距的增大而顯著減小。但是，結(jié)構(gòu)面間距對(duì)直邊墻巖體積聚的彈性應(yīng)變能影響并不明顯。主要是由于結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀接近水平。

圖8 低地應(yīng)力下的數(shù)值模擬分析結(jié)果

2.3 小結(jié)

根據(jù)巖爆的力學(xué)機(jī)制分析，地應(yīng)力和圍巖的彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面間距對(duì)彈性應(yīng)變能的積聚均有不同程度的影響，其中地應(yīng)力是引起巖爆產(chǎn)生的最主要因素。在地應(yīng)力恒定的情況下，結(jié)構(gòu)面間距是影響巖爆發(fā)生及強(qiáng)烈程度的主要因素。

3 層狀巖體巖爆防控技術(shù)

3.1 層狀巖體巖爆防控思路

層狀巖體巖爆的發(fā)生及其強(qiáng)烈程度很大程度上取決于地應(yīng)力大小及拱頂圍巖結(jié)構(gòu)面間距。因此，巖爆的防控應(yīng)從減小地應(yīng)力及增大拱頂巖板脆斷的臨界應(yīng)力兩方面入手。根據(jù)本工程巖爆的力學(xué)機(jī)制，采取施作超前小導(dǎo)管和超前應(yīng)力釋放2種方法對(duì)巖爆進(jìn)行控制。

3.2 超前小導(dǎo)管

3.2.1作用原理

拱部施作超前小導(dǎo)管的主要作用為：①減小開(kāi)挖后拱部臨空無(wú)支撐段長(zhǎng)度L；②將拱部較薄的層狀巖體“串”在一起，相當(dāng)于提高了巖板厚度，如圖9所示。這兩方面共同作用，提高了拱頂巖板脆斷的臨界應(yīng)力。

3.2.2適用條件

拱部施作超前小導(dǎo)管的主要作用是減小開(kāi)挖后拱部巖體無(wú)支撐段長(zhǎng)度，提高巖板的脆斷臨界失穩(wěn)應(yīng)力，從而防止和控制巖爆。由于超前小導(dǎo)管的主要作用是防止和控制巖爆，因此有：①它適用于可能發(fā)生中等和強(qiáng)烈?guī)r爆的地段；②它不適用于拱部存在較大滑動(dòng)面或楔形體(圍巖不能自穩(wěn))的情況。

3.2.3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

超前小導(dǎo)管作為巖爆控制的主要手段取得了較好效果，主要體現(xiàn)在以下方面：①巖爆得到有效控制，工效明顯提高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，正洞、安全洞、斜井在巖爆條件下仍保持較高進(jìn)尺，月進(jìn)尺最高達(dá)350m。②超前小導(dǎo)管使用后，立防護(hù)性鋼拱架的地段大幅度減少，既節(jié)約了材料又提高了工效，顯著降低成本。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，巖爆段(輕微和中等)每循環(huán)采用超前小導(dǎo)管比采用防護(hù)性拱架節(jié)約工時(shí)50min，節(jié)約費(fèi)用約8 000元。

3.3 超前應(yīng)力釋放

3.3.1應(yīng)力釋放原理

1)通過(guò)直接向圍巖或掌子面內(nèi)部打一定深度的鉆孔來(lái)釋放圍巖中的部分應(yīng)力；或進(jìn)行垂直于掌子面的爆破開(kāi)挖作業(yè)，在掌子面內(nèi)形成一定規(guī)模的破碎帶，來(lái)釋放掌子面內(nèi)部巖體的應(yīng)力。

2)對(duì)于強(qiáng)烈?guī)r爆地段，可考慮解除隧道開(kāi)挖在輪廓面附近形成的高量級(jí)切向應(yīng)力，使表層圍巖的應(yīng)力以巖爆的形式自然釋放，待巖爆現(xiàn)象自然緩解后再進(jìn)行處理。

3.3.2超前應(yīng)力釋放方法

基于以上應(yīng)力釋放原理，結(jié)合本隧道工程地質(zhì)和施工實(shí)際，提出3種應(yīng)力釋放方法：①重疊導(dǎo)洞法；②微臺(tái)階法；③水平應(yīng)力隔斷法。其具體施工方法如下。

1)重疊導(dǎo)洞法 在隧道斷面出現(xiàn)巖爆部位，采用深孔掏槽法交替設(shè)置A，B 2個(gè)超前小斷面導(dǎo)洞，如圖10所示。首先設(shè)置A導(dǎo)洞，隧道每循環(huán)進(jìn)尺2m，當(dāng)A導(dǎo)洞僅剩余2m時(shí)，設(shè)置B導(dǎo)洞，下一循環(huán)開(kāi)挖過(guò)后，A導(dǎo)洞消失，B導(dǎo)洞仍存在。當(dāng)B導(dǎo)洞僅剩余2m時(shí)，設(shè)置A導(dǎo)洞，整個(gè)隧道下一循環(huán)開(kāi)挖過(guò)后，B導(dǎo)洞消失，A導(dǎo)洞仍存在。2個(gè)導(dǎo)洞交替設(shè)置，始終在掌子面前方有導(dǎo)洞存在進(jìn)行超前應(yīng)力釋放。通過(guò)此方法可連續(xù)不間斷進(jìn)行超前應(yīng)力釋放，杜絕了單一導(dǎo)洞應(yīng)力釋放時(shí)，導(dǎo)洞形成后需首先放置若干時(shí)間進(jìn)行應(yīng)力釋放，節(jié)省了時(shí)間，加快了工程進(jìn)度。

2)微臺(tái)階法 采用臺(tái)階一次開(kāi)挖法進(jìn)行施工，上臺(tái)階高度同臺(tái)架的第3層高度，上臺(tái)階長(zhǎng)度應(yīng)能保證挖掘機(jī)順利扒渣。施工中采用約1m上臺(tái)階(保證能形成臺(tái)階，方便上臺(tái)階施工)，上、下臺(tái)階一次同時(shí)爆破開(kāi)挖進(jìn)尺2.5m，如圖11所示。

圖11 微臺(tái)階開(kāi)挖示意(單位：m)

3)水平應(yīng)力隔斷法 通過(guò)在開(kāi)挖輪廓線外鉆孔進(jìn)行深孔爆破，在距離開(kāi)挖輪廓線0.5m外形成一定寬度的裂隙帶，進(jìn)行應(yīng)力釋放，以減少巖爆危害，如圖12所示。

圖12 水平應(yīng)力隔斷施工示意

3.3.33種方法對(duì)比分析

在隧道發(fā)生巖爆的不同部位對(duì)3種應(yīng)力釋放方法進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)3種超前應(yīng)力釋放方法的使用效果和相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示。可看到，3種方法都有各自優(yōu)缺點(diǎn)。其中，重疊導(dǎo)洞法雖應(yīng)力釋放效果較好，但工作量大，工期長(zhǎng)且導(dǎo)洞開(kāi)挖存在局部坍塌風(fēng)險(xiǎn)，因此僅適用于強(qiáng)烈?guī)r爆段；微臺(tái)階開(kāi)挖法有費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)，但僅能對(duì)拱頂?shù)膽?yīng)力進(jìn)行有效釋放，拱腰、拱腳的應(yīng)力釋放效果不顯著，因此僅適合中等巖爆段；而水平地應(yīng)力隔斷法的工作量小、工期短、費(fèi)用低，且應(yīng)力釋放效果明顯，在中等巖爆段或強(qiáng)烈?guī)r爆段均可采用，是一種較出色的應(yīng)力釋放技術(shù)。

表1 3種應(yīng)力釋放技術(shù)對(duì)比

3.4 小結(jié)

根據(jù)巖爆的力學(xué)機(jī)制，巖爆的防控應(yīng)從減小地應(yīng)力及增大拱頂巖板脆斷的臨界應(yīng)力兩方面入手。對(duì)于增大拱頂巖板脆斷的臨界應(yīng)力，可對(duì)拱部施作超前小導(dǎo)管；對(duì)于減小地應(yīng)力，可通過(guò)超前應(yīng)力釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，超前小導(dǎo)管法和水平應(yīng)力隔斷法超前應(yīng)力釋放對(duì)巖爆的控制效果最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

1)層狀巖體巖爆主要是由薄層巖板的脆性斷裂引起。力學(xué)機(jī)制分析結(jié)果顯示，在此過(guò)程中，拱頂圍巖劈裂成板產(chǎn)生的巖板厚度直接決定了巖爆強(qiáng)度。因此，對(duì)于層狀巖體，在地應(yīng)力恒定的情況下，結(jié)構(gòu)面間距對(duì)巖爆的產(chǎn)生起著控制性作用。

2)根據(jù)層狀巖體巖爆的力學(xué)機(jī)制分析，地應(yīng)力和圍巖的彈性模量、泊松比、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面間距對(duì)彈性應(yīng)變能的積聚均有不同程度的影響。其中，地應(yīng)力是引起巖爆產(chǎn)生的最主要因素；在地應(yīng)力恒定的情況下，結(jié)構(gòu)面間距是影響巖爆發(fā)生及強(qiáng)烈程度的主要因素。從巖爆發(fā)生的過(guò)程可看出，巖爆是否會(huì)發(fā)生取決于拱頂圍巖在水平應(yīng)力的作用下能否劈裂成板。根據(jù)力學(xué)機(jī)制分析，減小地應(yīng)力值、減小巖板的無(wú)支撐段長(zhǎng)度及提高層狀巖板厚度均是控制拱頂層狀巖體巖爆的有效方法。

3)在拱部施作超前小導(dǎo)管可為拱部臨空的無(wú)支撐部分提供支點(diǎn)以減小巖板的無(wú)支撐段長(zhǎng)度，并通過(guò)超前小導(dǎo)管將薄層巖板“串”在一起提高層狀巖板厚度，在其共同作用下，提高巖板脆性折斷的臨界失穩(wěn)應(yīng)力，從而防止或控制巖爆?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，超前小導(dǎo)管可主動(dòng)、有效防控巖爆。

4)結(jié)合隧道地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，創(chuàng)新提出3種應(yīng)力釋放方法，分別是重疊導(dǎo)洞法、微臺(tái)階法和水平應(yīng)力隔斷法。現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展的應(yīng)力釋放的工藝性試驗(yàn)對(duì)比分析顯示，重疊導(dǎo)洞法雖應(yīng)力釋放效果較好，但工作量大，工期長(zhǎng)且導(dǎo)洞開(kāi)挖存在局部坍塌風(fēng)險(xiǎn)，因此僅適用于強(qiáng)烈?guī)r爆段；微臺(tái)階法有費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)力釋放只在拱頂效果明顯，因此僅適用于中等巖爆段；而水平應(yīng)力隔斷法的工作量小、工期短、費(fèi)用低，且應(yīng)力釋放效果明顯，在中等巖爆段或強(qiáng)烈?guī)r爆段均可采用，是一種較出色的應(yīng)力釋放技術(shù)。