韓宗澤
山西路橋建設集團有限公司總承包分公司
摘 要：為解決高速公路隧道施工中可能發生的岩爆問題，基于岩爆發生的規律和分類，結合某高速公路隧道工程實際情況，在明确其岩爆情況及特點的基礎上，提出了相關防治措施，如做好施工組織、促進高地應力釋放、避讓措施、嚴格控制開挖進尺與爆破、加強初支等。實踐表明這些岩爆防治技術可行有效。
關鍵詞：高速公路隧道;隧道岩爆;岩爆防治;
作者簡介：韓宗澤（1986—），男，山西陽泉人，從事公路工程施工及管理工作。;
0 引言
由于高速公路隧道中段埋深較大，當圍岩整體性較好時，很有可能發生岩爆。由于岩爆具有突發性，很難對抛射出去的石塊方向及遠近等進行預測，對隧道施勞工員及裝置造成安全威脅，是以有必要在了解岩爆特征的基礎上，探讨有效的防治措施。
1 岩爆規律與分類
1.1 岩爆規律
岩爆主要具有以下規律：
(1）岩爆通常發生于埋深相對較大的隧道，因為隻有圍岩的埋深很大，才有可能産生導緻岩爆的地應力，岩爆發生機率因圍岩埋深的增加而變大。
(2）岩爆和圍岩岩性有關。岩爆通常發生于質地硬脆、有較好整體性及級别相對較高的圍岩，比如石英岩、花崗岩和石灰岩都是岩爆發生機率較高的圍岩類型。
(3）處在節理較發育與斷層破碎帶中的圍岩，通常不會發生岩爆，可見岩爆受圍岩構造的影響[1]。
(4）岩爆和圍岩含水情況也有一定關系。當隧道埋深、圍岩岩性及構造完全相同時，較為幹燥的圍岩更容易發生岩爆，有地下水存在的段落其圍岩基本不會岩爆。
(5）當隧道開挖工作面較為圓順且光面爆破效果相對顯著的圍岩段，一旦發生岩爆，則岩爆烈度将遠高于超欠挖相對較大的圍岩段。
(6）岩爆發生機率相對較高的圍岩段，通常在與掌子面相距不超過開挖寬度300%的位置，即與掌子面之間的距離越近，則越容易發生岩爆。
(7）開挖面上容易發生岩爆的位置以拱部及邊牆上部為主，即與地面之間的距離越大，越容易發生岩爆。
(8）在時間上岩爆主要具有以下規律：對掌子面進行爆破開挖施工的最初3h，最容易發生岩爆，且岩爆強度較大；爆破開挖施工7d内，雖然岩爆仍頻繁發生，但強度逐漸降低；爆破開挖施工2個月内，仍有可能發生岩爆；爆破開挖施工2個月後，不容易發生岩爆。此外，随時間不斷延長，岩爆發生位置将持續向更深層發展，以岩層内部崩裂為主要表現，此時可以聽到岩層内部發出悶響。
(9）岩爆往往伴有爆裂聲響：如果發出撕裂聲，則說明發生了因壓緻拉的岩爆，由于這一岩爆隻能發生在圍岩表面，是以聲響清脆，因岩爆産生的裂縫與岩壁保持平行，岩爆結束後，岩塊将呈現片狀；如果發出沉悶聲，則說明發生了因壓緻剪切拉裂的岩爆，該岩爆結束後會岩塊呈現塊狀，在岩石表面能看到很多弧狀裂縫，且裂縫中還伴有擦痕。通常情況下，前一種岩爆持續時間不長，破壞性不大，而後一種則持續時間相對較長，可能造成較嚴重的破壞[2]。
1.2 岩爆分類
根據烈度的不同，岩爆可分為以下3類：
(1）弱型岩爆：表現為聲響較小，岩爆後産生的岩塊粒徑不大，數量很少，産生形式以掉落為主。
(2）中強型岩爆：表現為内部發出類似于放鞭炮的聲響，岩爆後産生的岩坑直徑可以達1～2m，伴有大量岩塊，産生形式以彈出為主。
(3）較強型岩爆：表現為内部發出劇烈聲響，岩爆後産生的岩坑直徑超過2m，并伴有飛快彈出的大石塊[3]。
2 岩爆防治
某隧道為分離式雙洞隧道，左、右線長度分别為7 097.897m和7 120m，埋深較大，最大處可達1 286m。該隧道中段圍岩類型包括石灰岩與灰岩，産狀為厚層狀，大塊砌體形式，完整性尚好，有很強的抗風化性能，幾乎不含地下水。基于岩爆的規律與分類，現結合該高速公路隧道實際情況，探讨有效的岩爆防治措施。
在該隧道施工期間發生的岩爆中，以中強型的範圍最大，其次為弱型岩爆，較強型岩爆範圍最小。岩爆烈度主要受隧道埋深影響，通常弱型岩爆發生位置的埋深為800～950m；中強型岩爆發生位置的埋深為950～1200m；較強型岩爆發生位置的埋深普遍超過1 200m。
按照規範要求，對于可能發生岩爆的隧道，需在施工中嚴格遵循“以防為主，防治結合”的基本原則。結合該隧道岩爆發生規律，在施工中采取如下各項處治措施。
2.1 做好施工組織
在發生岩爆的段落施工時，應安排專人在掌子面處進行全天值班，并組建專門的監控工作小組，為全體參建人員圍繞岩爆防治工作開展專門的安全教育，同時對岩爆防治需要的各類裝置及材料予以嚴格落實。
2.2 促進高地應力釋放
(1）在隧道掌子面上借助潛孔鑽機連續鑽出超前鑽孔，孔深按10～30m控制，孔徑按70～90mm控制，孔數需達到5～8個，以促進高地應力得以提前釋放。
(2）對于發生較強型岩爆的圍岩段，需更改開挖方式，即将全斷面開挖改為先在斷面下部進行下導坑開挖，其寬度、高度分别按5m和4m控制。待下導坑開挖結束後，方可擴大開挖斷面。開挖下導坑除了能促進高地應力釋放，還能起到減弱飛石破壞力，進而減輕岩爆危害，另外對危石的處理也比全斷面法更加友善。經過以上處理，整個施工過程中沒有發生強度較大的岩爆。在開挖下導坑時，為防止岩爆加劇，先做好護頂，再進行出砟，具體做法為：①按設計要求爆破開挖；②當采用薄鋼闆進行防護時，對遠處直接暴露的圍岩拱部及邊牆進行噴水；③對濕潤的拱部及邊牆進行混凝土噴射，噴射厚度需達70mm，采用強度等級為C25且摻入鋼纖維的混凝土；④混凝土噴射完成後在拱部及邊牆上部設定防護錨杆，并挂設鋼筋網；⑤做好上述護頂施工後，方可開始出砟；⑥在邊牆下部設定防護錨杆，并挂設鋼筋網。
(3）除較強型岩爆外的其他類型岩爆段，需在掌子面上分别向拱部、邊牆及開挖方向設定深度為10m、孔徑不小于70mm的鑽孔，并對鑽孔進行高壓注水，為掌子面及圍岩拱部與邊牆持續噴灑冷水，進而起到軟化圍岩的作用，促進應力釋放，降低岩爆發生機率和烈度。
(4）在條件允許的情況下，通過松動爆破可以在圍岩内部産生裂縫，以促進高地應力釋放。
2.3 避讓措施
(1）考慮到爆破開始後的最初3h，岩爆發生機率最大，故在這一時段暫停施工，以減輕或避免岩爆造成的危害。
(2）對發生岩爆的圍岩段進行施工時，需在掌子面處安排專門的安全人員，對岩爆的實際情況進行觀察和記錄，并負責監聽岩爆聲響，掌握圍岩拱部及邊牆情況，一旦發現險情，應立即示警，組織所有施勞工員有序、快速地撤離。
(3）對發生弱型或中強型岩爆的圍岩段進行施工時，需酌情采取如下防護措施：①為鑽孔台車及運輸車等機械安裝專門防止飛石打擊的鋼闆；②在圍岩拱部與邊牆上部設定臨時錨杆，同時挂設鋼筋網；③借助噴射機械對容易發生岩爆的圍岩拱部進行混凝土噴射。
(4）在發生較強型岩爆的圍岩段進行施工時，除了做好下導坑開挖，還需在下導坑設定楔管式錨杆，并挂設鋼筋網，以免飛石崩出造成事故。另外，在必要的情況下還應做好超前支護，通過設定鋼架支撐來降低岩爆危害。
2.4 加強初支
對于不同岩爆類型，可按照表1所示參數要求對初支進行加強。
表1 各岩爆類型的初支加強參數 下載下傳原圖
3 結語
該高速公路隧道建設中有近860m長的圍岩段發生了岩爆，在施工中通過對岩爆規律的分析掌握，借鑒其他工程相關經驗，提出以上各項防治措施，從根本上降低了岩爆危害，保證了施工安全和進度。
參考文獻
[1] 胡免缢.高速公路特長隧道施工岩爆防治技術應用要點研究[J].中國高新科技，2021(5):133-134.
[2] 王登茂，滕振楠，田志宇，等.桃園至巴中高速公路八廟隧道非正常岩爆段病害處治與設計反思[J].現代隧道技術，2019(4):62-68.
[3] 邢軍，王建斌，蔣蕾，等.圭嘎拉高速公路隧道地應力特征及岩爆預測[J].水文地質工程地質，2019(2):170-178.
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