摘要：巖爆是圍巖在高地應力場條件下所產生的巖片(塊)飛射拋散，以及洞壁片狀剝落等動力破壞現象，是地下工程施工的一大地質災害。本文通過分析大風口隧道工程巖爆的特征及發生規律，提出了防止巖爆發生的施工措施，為大風口隧道施工安全和實體質量創造了有利條件。

　　關鍵詞：公路隧道,巖爆,影響因素,防治措施

　　1工程概況

　　大風口隧道為一座上、下分離的四車道高速公路特長隧道。左線長5003m，右線長4985m。隧道位于中低山深切谷底斜坡地貌區，隧道穿越中低山山脊下部，區內山脊最高海拔1369m，隧道口海拔525m。區內陡坡溝深，地形復雜，植被發育，水土保持較好，多生長灌木林。隧道穿越圍巖級別有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三級，區內斷裂構造發育，主要為兩條扭性平推斷裂帶，五條張性正斷層，斷層不連續。隧道所穿山體為地表、地下水分水嶺部位，地表水系不發育。隧道最大埋深約790m，采用新奧法原理設計和施工，圍巖巖性主要為灰巖、灰巖夾泥灰巖、泥灰巖夾灰巖、泥質粉砂巖，灰巖巖質堅硬、性脆。在隧道施工過程中，出現了不同程度的巖爆現象，本人針對巖爆的特點，認真分析研究，制定了切實可行的防治措施，取得了良好的效果。

　　2 巖爆的發生過程

　　隧道施工YK16+010～YK15+930里程段，埋深420～467m，圍巖顯示為灰巖，灰色，薄～中厚層狀，圍巖產狀297°～169°∠12°～63°，巖芯較完整，無水，巖質較硬較脆。新開挖的巖壁有噼啪聲響，首先出現單個裂隙，裂縫各自擴展直至相互貫通，將巖體劈裂成板，板片狀巖片厚度8cm左右。洞壁巖體逐漸出現開裂，使洞壁巖體表面發生巖片剝落現象，并伴有輕微彈射現象，巖壁可見巖片剝落后的新鮮破裂面。經試驗測得最大地應力σmax為24.05Mpa，巖石天然單軸抗壓強度σc為105Mpa，σmax/σc為0.21，屬于輕微巖爆。

　　隧道施工YK15+540～YK15+410里程段，埋深568～623m，圍巖顯示為灰巖，灰色，中厚層狀，圍巖產狀189°～136°∠52°～31°，巖芯完整，無水，巖質堅硬，脆性較強。新開挖的巖石發出清脆的爆裂聲，似槍聲，巖石被劈裂成棱塊狀、板狀、透鏡狀巖片，厚度5～20cm，巖爆持續時間較長。短時間內巖片彈射現象較多，爆坑最深達40cm。現場試驗測得最大地應力σmax為47.56Mpa，巖石天然單軸抗壓強度σc為164Mpa，σmax/σc為0.29，屬于中等巖爆。

　　3 巖爆的成因及特點

　　3.1隧道巖爆的成因

　　巖爆的發生主要由地應力和巖性兩個因素決定，埋深越大地應力越大，巖體結構越完整，應力集中越明顯，巖爆就容易發生，同時還發現與地下水、爆破等也有直接關系。

　　3.1.1隧道埋深

　　工程施工至YK16+010時，隧道埋深420m，圍巖為灰巖，巖質較硬較脆，發生了第一次巖爆現象，其后隨洞深邁進、埋深逐漸增大，發生巖爆的頻率、強度也隨之上升和加強，證實巖爆與埋深密切相關。

　　3.1.2地層巖性

　　洞內硬質巖的彈性模量、抗壓、剪切強度都很高，而軟質巖則較低。在開挖過程中由于巖體應力環境的改變，儲蓄在硬質巖中較高的應變能就會突然釋放而成巖爆。在軟硬巖層相間地層，地應力調整中就可能導致硬巖層局部應力集中的增高，因而誘發巖爆。

　　3.1.3地質構造

　　隧道巖爆發生的里程并不連續，間斷里程段的圍巖多為弱風化的灰巖夾泥灰巖，局部有鑲嵌結構，在隨后的開挖中已證實，在斷層破碎帶及節理裂隙帶發育區段無巖爆發生。而斷層破碎帶附近完整巖體中，由于斷層形成過程中的應力分異和后期可能的構造活動造成臨近完整巖體中應力積聚，其儲存的彈性應變能很大，當洞室開挖到此部位就易激發巖爆的發生。

　　3.1.4地下水條件

　　巖爆基本上都是發生在干燥無水或少水地段，富水地段均無巖爆發生。因富水地段巖層一般破碎、裂隙發育并有局部溶蝕，巖石一般軟化后強度低不利于彈性應變能的儲存，而相反聚集在相鄰完整巖層中。

　　3.1.5巖爆與應力重分布關系

　　觀察巖爆發生地段，由于所處地質條件不同，其巖爆強度也有明顯差異，巖爆持續的時間也不一樣。一般巖爆多在爆破后2～5h發生，間歇一段時間后又會再次發生并向深部發展。間歇時間極不規律，從幾個小時到幾天不等。巖爆發生的頻率與初次應力重分布的時間直接相關，一般是爆破后4～5h屬巖爆最頻繁的時間段，也是初次應力重分布的時間。當初次應力重分布圈形成后，由于巖石的爆落、松動將會出現二次甚至3—4次的應力重分布，在應力重分布過程中，造成了已施作的初支變形，初支混凝土表面開裂、剝落、掉塊現象，直到圍巖整體應力平衡。

　　3.1.6巖爆與爆破的關系

　　在完整硬巖隧道開挖時，為加快施工進度，一般采用大進尺、大藥量、直眼掏槽光面爆破，對周邊圍巖造成擠壓，形成較厚破碎圈，輪廓面承受荷載瞬時大幅變化，導致裂紋的大規模瞬時擴展，伴隨硬巖中集中應力的高速釋放，圍巖便會出現巖爆的現象。

　　3.2巖爆的特點：

　　通過對巖爆發生過程的研究和巖爆成因的分析，總結出巖爆有以下幾個特點：

　　3.2.1巖爆是巖石內部彈性應變能積聚后而突然釋放的結果，故高地應力區的堅硬巖石最易出現巖爆，軟弱巖石當彈性應變還不太大時，便產生塑性變形，不能形成巖爆。

　　3.2.2巖爆發生時，常伴有聲音，有的巖爆雖然不聞其聲，但通過埋入巖石或與巖石面耦合的聲接收器，仍可發現有聲音發射現象。

　　3.2.3巖爆的發生有一個過程，通常可分為三個階段，即啟裂階段、應力調整階段和巖爆階段。從巖石內形成很多單個微裂隙，到微裂隙貫通形成張性隙叢，再到裂隙叢擴展造成較大裂隙，當應力調整超過巖石強度時發生巖爆。

　　4巖爆的防治措施

　　通過對巖爆的成因分析結合工程實踐，制定了如下總體方案：遵循短進尺原則，爆破前先施作超前錨桿支護，超前鉆孔減壓，光面爆破，爆破后及時注水，增強支護參數，根據監控量測數據，然后緊跟二襯。

　　4.1施作超前錨桿

　　在拱部開挖輪廓線 以外15cm施作超前錨桿，環向間距40cm，外插角5°～10°，錨桿的長度3.5m。施作超前錨桿的作用是：

　　(1)對下一循環洞室開挖起到支撐作用;

　　(2)進行應力釋放;

　　(3)可以探測巖石情況，為下一循環洞室開挖提供資料。

　　4.2超前鉆孔減壓

　　向掌子面方向鉆打φ40的空鉆眼20孔，深度6m，此做法的目的是給圍巖內部創造位移空間，允許圍巖位移變形提前釋放內部應力，從而達到減輕或避免巖爆的目的。

　　4.3開挖爆破

　　施工中采用淺孔多循環，光面控制爆破，微差起爆嚴格控制最大單方藥量，調整鉆孔作業順序，改變布孔方式和掏槽方法，減輕對圍巖的擾動，改善洞壁周邊輪廓形狀，降低破碎圈深度，改善圍巖應力條件，以防止破壞性巖爆的發生。

　　爆破后立即向掌子面及附近洞壁噴灑高壓水，以降低周邊圍巖的溫度，從而控制巖石在開挖后的過度熱膨脹。利用炮眼、超前鉆孔空眼和錨桿孔，向深部巖體注水，使水滲到巖層的內部空隙中，起到減緩巖爆的作用。

　　4.4增強支護參數

　　當隧道開挖后，將引起一定范圍內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，及時進行初期支護，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。

　　錨噴支護能及時封閉巖體的張性裂隙和節理加固圍巖結構面，有效地發揮和利用巖塊間的咬合和自鎖作用，從而提高巖體自身的強度。由于錨噴支護結構、格柵鋼架柔性好，它能與圍巖共同變形構成一個共同工作的承載體系，調整圍巖應力，抑制圍巖變形發展，避免巖爆的產生。

　　在處理輕微巖爆時，初期支護采用架立φ22格柵拱架(主筋間距12cm)，間距1.2m，鋪設全斷面φ8鋼筋，鉆打錨桿，和噴射混凝土。

　　處理中等巖爆時，初期支護采用架立φ22格柵拱架(主筋間距14cm)，間距1.0m，鋪設全斷面φ8雙層鋼筋，鉆打錨桿，和噴射混凝土。

　　4.5加強選擇適當的錨桿類型、錨桿長度和密度

　　加強錨桿主要安裝在可能發生巖爆和巖爆頻繁發生的部位，安裝方向盡量垂直洞壁面。一般選擇摩擦力、膨脹力大的錨桿為宜，其長度和密度依據巖爆發生部位的圍巖結構條件與巖爆的強烈程度而定。輕微巖爆時使用錨桿、墊板與鋼筋網相結合的方式，約束巖塊的位移，中等巖爆時采用錨桿墊板與巖面之間加設木板，木板將吸收巖體急劇變形的位移，同時木板還將巖體破裂面兩側的錨桿聯系起來。

　　4.6施工安全措施

　　巖爆一般在爆破后4～5h左右比較激烈，以后則逐漸趨于緩和，每次爆破循環之后，施工人員應躲避在安全處，待激烈的巖爆平息之后再進行施工，對于在拱頂部位由于巖爆所產生的松動石塊必須清除，以保證施工的安全，尤其是對于破裂松脫型巖爆，彈射危害不大，可采用清除浮石的方法保障安全，在臺車和其他設備上安裝防護網、防護棚架，在開挖工作面及附近的巖爆地段加掛鐵絲網，防止巖爆出現時巖塊彈射、墜落傷人和損壞施工機具。

　　4.7圍巖變形監測

　　施工期間洞室圍巖應力會不斷地調整和變化，監測的主要目的是掌握隧洞圍巖及支護的變形動態，以量測信息反饋指向施工，確保施工的安全性和經濟性，同時也對設計起到一定的指向和檢驗作用，通過加強圍巖變形監測，一旦發現支護嚴重變形時，就立即采取補強加固處理措施，在確保安全的前提下，加快施工進度。

　　4.8緊跟二襯

　　待初期支護穩定后，清除初支表面的錨桿露頭，鋪設防水板，施工二襯混凝土，巖爆地段適當增加二襯強度、厚度，嚴重地段可采用鋼筋混凝土。

　　5 結束語

　　巖爆的發生曾嚴重制約著大風口隧道的施工進度，但在掌握了巖爆發生的一定規律后，采取了以上施工措施，順利地通過了巖爆地段，為大風口隧道的按期順利貫通創造了有利條件，同時也為今后防治巖爆積累了豐富的經驗。

　　參考文獻

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　　[2]李雋蓬.謝強.土木工程地質.成都:西南交通大學出版社,2004.