摘要：随着我国隧道建设的迅猛发展，在高应力隧道建设施工过程中，常常会发生岩爆、大变形等灾害，不仅延误工期、产生重大经济损失，甚至还会造成施工人员伤亡，因此如何减少在隧道施工时产生的岩爆、大变形风险成为广大研究者们一直以来致力于研究的课题。本文重点研究岩爆与大变形灾害成因，总结其主要影响因素，阐述了岩爆、大变形风险评估指标建立原则，并就施工时岩爆和大变形风险动态评估进行说明，为高地应力隧道施工提供有效指导。
关键词：隧道施工；岩爆；大变形；风险评估
1岩爆、大变形主要影响因素分析
对于高地应力隧道，受高地应力影响，岩体被挤压、拉裂，因而变得松弛起来，一般很容易形成岩爆或是大变形等灾害，这会对施工进度产生不利影响。高地应力软岩大变形是施工过程中的一大常见问题。引起隧道施工岩爆、大变形的主要因素也可归因于为地质条件、设计因素、施工因素三大类。
1.1地质因素
地质因素可概况为以下几方面：岩石强度、围岩完整性、岩石脆性特征、地下水状况、地应力大小等。
岩石的强度反映岩石的坚硬程度，岩质越坚硬，岩体越易存储应变能，发生岩爆的可能性越大。若岩石的强度较小，那么其承载能力也较小，容易在隧道开挖过程后产生较大的变形。软岩隧道基本不发生岩爆，岩爆主要发生在岩石强度较大的坚硬岩隧道。变形主要发生在岩石的单轴抗压强度较小的软质岩隧道。
围岩完整性一般包括岩体节理、裂隙、层理等发育情况，通常越完整的岩石发生岩爆的概率越大。结构面的存在能够破坏围岩的完整性，在隧道开挖过程中，围岩越破碎，稳定性越差，发生大变形、坍塌的可能性也就越大。
工程研究表明岩爆现象受岩石脆性影响较大，随着岩石脆性越高，岩爆的发生概率增大。隧道穿越断层破碎带区域往往具有较低的岩体整体性，节理裂隙较多，并随着地下水在裂隙中渗透，致使围岩软化，进一步加剧上覆岩层松动圈的矿大，如果支护结构难以承载，就会出现大变形。
研究表明发生岩爆的岩体一般是干燥的，含水量很低。因为地下水能够对挤压性岩体起到软化作用，大大降低岩石的抗压强度和弹性应变能力，使围岩承载能力降低，同时稳定性也降低。因此地下水较为丰富的区域，发生大变形的频率会大大提高。
地应力越大，产生岩爆和大变形的可能性将越大。因为在高地应力区域，岩体内部应力集中，超过岩体的抗压强度，就会使岩层发生挤出、溃曲等剧烈变形现象。
1.2设计因素
设计因素主要包括以下几方面：断面大小、单循环进尺、设计支护方案针对性。
隧道如果开挖断面较大，支护结构将承受较大的压力，而且伴随着施工过程中围岩的多次扰动、支护衬砌间的非同步施工，会有极大可能造成围岩失稳现象，也会增加岩爆发生的概率。
隧道开挖单循环进尺长度对隧道岩爆、围岩的变形有较大的影响。研究表明运用“短进尺、弱爆破”的操作方式能够降低岩爆发生概率。在软弱破碎围岩中，循环进尺越大，水平收敛速率增大。因此，根据隧道围岩特征，选择合理的循环进尺有利于围岩的稳定。
在高地应力隧道开挖之前，如果因勘探深度不足，设计的开挖支护类型、支护参数与实际开挖揭示的地层有出入，导致施工时支护强度不足、滞后等，都会影响围岩的稳定性。
1.3施工因素
施工因素主要包括以下几方面：支护时机、超前辅助措施、喷射混凝土情况、钢筋网支护情况、锚杆支护情况、钢拱架支护情况、监控量测、超前地质预报等。
在围岩级别比较低的区段中，如果初期支护措施滞后，松动范围内的岩体在自重作用下，因缺乏有效的抵抗力，很容易发生岩爆、大变形。
超前辅助措施包括超前小导管、超前管棚等，能增加围岩完整性和强度，从而有效预防岩爆、大变形等灾害的发生。
喷射混凝土的厚度、强度不足，会大大降低隧道支护的施工效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆喷射混凝土厚度设计应满足隧道工程稳定要求及对不稳定危石冲切效应的抗力要求，最小设计厚度不小于 50mm，对于不同隧道应采用不同的喷射混凝土施工方法。
钢筋网支护能提高围岩的承载力。如果钢筋网支护质量差，支护参数不合理等，将加剧岩爆和大变形风险。
锚杆支护时，锚杆类型应根据工程对象、地质条件、工程性质和使用功能等要求确定，锚杆的参数设计应满足工程整体稳定要求，锚杆的杆体长度和饱满密实度也应满足要求。
钢拱架支护能提高围岩的承载力，如果施工时支护质量差，支护参数不合理等，都会增加大岩爆和变形风险。
在隧道施工过程中，应实时监测拱顶下沉、边墙收敛位移，还应监测喷射混 凝土层的变形与腐蚀状况，预应力锚杆头部的腐蚀状况，锚固与喷射混凝土支护 地层及受开挖影响的建筑物的变形，预应力锚杆锚头与被锚固结构的变形、地下水水位等，讲监测结果及时反馈给设计、施工单位和工程管理部门，及时防止因上述监测项目而引起的岩爆和大变形的发生。
在隧道开挖过程中，对前方将要开挖的隧道围岩进行超前地质预报，预测前方围岩的地质情况，将信息结果及时反馈给施工方以便采取施工措施，对于降低岩爆和大变形风险至关重要。
2岩爆、大变形风险指标体系建立原则
建立全面、有效、实用的高地应力隧道施工岩爆风险评估指标体系是进行风险评估的基础，是得到具有一定可信度的风险评估结果的重要保证。岩爆、大变形风险评价指标体系建立原则：
（１）风险评估指标应包含隧道施工中主要的风险因素，才能准确评价出高地应力隧道施工时的风险等级；
（２）指标因素之间不能有太大的相关性，相关性太大将致使评价结果存在 有偏性；
（３）要考虑各指标因素所需数据取得的难易程度，应尽可能的容易采集、计算以保证指标体系的正常使用。
3 施工阶段隧道岩爆、大变形风险评估
3.1施工准备阶段风险动态评估
在隧道施工准备阶段，岩爆、大变形风险评估依据前期隧道设计与勘察资料，主要考虑地质因素、设计因素以及施工因素，地质因素包括岩石强度、围岩完整性、岩石脆性特征、地下水状况、地应力大小等，设计因素包括断面大小、开挖工法、单循环进尺、设计支护方案针对性等，施工因素包括初期支护及时性、超前辅助措施方案、爆破方法适宜性和监控与超前地质预报方案的合理性等。该阶段的风险评估主要针对某一区段的岩爆风险评估，从而确定隧道的岩爆总体风险等级。隧道施工准备阶段岩爆、大变形风险等级通过风险矩阵法来确定。
3.2施工过程中风险动态评估
在高地应力隧道建设过程中，尽管施工准备阶段做了系统的岩爆、大变形风险评估，采用了风险防控措施，但施工过程岩爆事故仍然不可避免。因为风险本身具有动态变化的特性，详勘不可能完全调研出每个地段的地质情况，同时施工单位的技术水平、管理水平、施工方案等与设计存在出入，导致施工过程风险与施工准备阶段风险有偏差。因此，仅靠施工准备阶段的静态风险评估，难以有效控制施工阶段的安全风险，应在施工准备阶段岩爆、大变形风险评估的基础上，结合现场实际施工情况进行动态岩爆、大变形风险评估，并根据风险评估结果，调整施工方案、完善风险控制措施等。隧道施工中岩爆、大变形风险评估指标需结合施工前岩爆、大变形风险评估指标和岩爆、大变形实际发生案例统计得到。
4结束语
本文对隧道施工大变形发生的原因和条件进行了详细的统计分析，总结了岩爆与大变形 三大影响因素，并筛选出主要的风险评估指标，建立了高地应隧道施工岩爆与大变形风险评估指标体系和风险评估模型，希望能为相关工作提供一定的参考意义。
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论文作者:刘强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/30
标签：隧道论文; 围岩论文; 应力论文; 风险论文; 因素论文; 风险评估论文; 岩石论文; 《基层建设》2019年第4期论文;