李世君
成兰铁路有限责任公司 四川成都 610000
摘要：岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。岩爆的触发往往与地震活动、断层滑动或地下开采的布局和进程有联系，同时也与岩性、构造和地应力状态等因素有密切关系。岩爆现象常见于矿山、隧道和地下硐室中。在隧道施工过程中，采取合理的岩爆预控及处理方法有很大的经济社会效益。
关键词：岩爆；破裂；处理；控制
Abstract：the rock burst is a sudden failure of the surrounding rock in rock engineering，and accompanied by the sudden release of strain energy in rock mass，is a process of rock failure instability phenomenon.Rock burst trigger tend to have contact with the earthquake activities，fault slip or underground mining layout and process，but also has the close relation with the lithology，structure and in-situ stress and other factors.The rock burst phenomenon is common in mines，tunnels and underground chamber.In the process of tunnel construction，adopt the reasonable rockburst pre control and processing method has great economic and social benefit.
Keywords：rock burst rupture process control
1.岩爆产生的条件
不是任何隧道施工都会发生岩爆，岩爆的发生通常应具备以下条件：
（1）隧道位于地应力较高的近代构造活动山体内且岩体内存储着很大的应变能。
（2）围岩完整，属坚硬脆性介质，能够储存能量，应力解除后，回弹变形很小。
（3）具有足够的覆盖层，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m。
（4）无地下水，岩体干燥。
（5）隧道开挖断面形状不规则，易造成局部应力集中。
隧道岩爆的发生与地震活动、断层滑动或开挖布局和进程有联系，同时也与岩性、构造和地应力状态等因素有密切关系；隧道岩爆的发生与施工技术的也息息相关，一个合理有效的隧道施工技术能够最大程度的减少施工发生岩爆机率；隧道岩爆的发生与施工技术人员的综合素质水平以及其自身采取的施工方法也密切相关。
2.岩爆的特点
（1）在未发生前，并无明显征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠落。
（2）岩爆多发生在隧道新开挖的工作面附近，个别也有距离新开挖面较远的距离，常见岩爆以拱部或拱腰部居多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后2～3小时，24小时以内为最明显，延续时间多为1～2个月，有的延续时间达1年以上，事前一般无明显征兆。
（3）岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达几十吨重。石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，脱落面多与岩壁平行。
（4）岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表层岩爆；在强度较低岩体，则在离隧道掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。
3.岩爆的防治措施
隧道岩爆的防治工作，仍是以预防为主，治理为辅的主要防治对策。从勘察设计阶段和施工阶段采取相应的措施。
3.1勘察阶段的预控措施
同所有的防治措施一样，与其更好的对其进行更为优秀的治理工作，不如对其采取更好的预防工作。我们在对隧道进行勘察设计的过程中，一定要最大程度的减少对施工现场进行适当的勘察工作，尤其是对地震活动、断层滑动及周围岩体的评价与强度测试工作更是要做到细致入微。
3.2设计阶段的预控措施
采取合理的技术方案措施做到防治隧道发生岩爆。如隧道的选线应与岩层的最大水平主应力的方向一致；在隧道断面设计上，当侧向水平应力较大时宜采用高度小、宽度大的近似椭圆形断面，当垂直应力较大时宜采用高度大、宽度小的椭圆形断面。
3.3 施工阶段的预控措施
3.3.1改善围岩应力
在洞身开挖爆破时，选用合适的开挖断面形式，采用“短进尺、多循环、强光爆”的技术措施，尽量减少对围岩的扰动，改变围岩应力状态。开挖进尺宜控制在2.5m以内，对于设钢架地段，开挖进尺应控制在一榀钢架间距。
通过打超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破，在围岩内形成一个破坏带（低弹区），从而使洞壁和掌子面应力降低，使高应力转换至围岩深部，施工时可在掌子面上打设5～6个超前钻孔，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。超前钻孔的布置形式及参数与地质预测预报孔相同，并采取深浅孔结合的方式。
3.3.2改善围岩性质
在施工过程中，可采取对洞壁喷水以及钻孔注水来促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。一定要注意喷水的质量与钻孔注水的方式，不能为了增强岩体的软化性，而使得整个岩体的强度下降的过于低下，使得岩体的负荷能力受到限制。对于爆破后掌子面较破碎的围岩也可采取钻孔注水泥浆的方式来释放围岩地应力，同时提升岩体整体稳定性。
3.3.3 对围岩采取加强支护或超前支护加固
对围岩进行加强支护或超前支护加固改善围岩面及1～2倍洞径洞段内围岩的应力状态，由于支护的作用不但改变了应力大小的分布，而且还使洞壁从单维应力状态变为三维应力状态。在易发生岩爆地段，要采用锚杆、超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑、二次衬砌等多种支护方法有效的组合在一起来防止岩爆的发生。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露时间，必要时可采取跳段衬砌。
3.3.4加强超前地质预报
施工过程中，加强超前地质预报，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用超前钻探、声反射、地温探测等方法，同时结合隧道内开挖揭示地质素描观察岩石特征，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。
3.3.5加强监控量测
对于预测可能发生岩爆地段，指定专业工程师加强该段隧道的监控量测，重点加强隧道的变形位移，围岩位移变化等的监测，及时反馈监测信息用以指导施工。
3.3.6 已发生岩爆地段的处理
对已发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力，降低岩爆强度，必要时也可采取打孔注水（水泥浆）的方式来释放围岩地应力。
4.工程应用实例
4.1工程概况
某铁路隧道为双洞单线分修隧道，该隧道预测岩爆段埋深约1400～1500m，受构造带影响，向斜、背斜构造复杂，属易发岩爆地段，预测岩爆段隧道为Ⅳ级围岩，采用全断面法开挖。开挖断面为马蹄形，开挖面积约70m2，采用23cm厚C30喷射混凝土支护，拱墙设1.2m/榀的格栅钢架，拱墙设L=3.0m、间距2.4m（纵向）X2m（环向）的砂浆锚杆。
4.2隧道岩爆发生现象
图一 掌子面岩爆 图二 初期支护开裂剥落
（1）开挖爆破后突然出现巨响，现场出现浓烟，并伴有块石迸出或脱落，拱脚向中线方向突然位移岩层剥落现象明显。
（2）现场在钻孔过程中掌子面正前方中部突然岩爆，掌子面掏空，散落岩体多为薄片状结构，掌子面不时听到类似“鞭炮”的声响。
（3）其中一段隧道初期支护完成15天后，喷射砼脱落，格栅拱架扭曲，边墙有开裂现象，侵入净空30cm。
4.3 采取的主要技术措施
针对该段隧道岩爆采取的主要技术措施为：
（1）打孔注水释放地应力：对于掌子面，打设8个φ110超前应力释放孔，孔深为5m、10m、15m、20m交错布置，向孔内注水释放地应力；对于已进行初期支护的段落，在拱墙按照3x3m间距打设5米深、φ50钻孔，向孔内注水释放地应力；
（2）将隧道开挖断面形式由马蹄形调整为椭圆形，开挖过程遵循短进尺、弱爆破的原则，将每循环开挖进尺由2.4m调整为1.2m，采取微振控制爆破技术。
（3）每循环爆破出碴后及时采用C30早高强纤维砼对掌子面进行封闭。
（4）加强初期支护：全环设置型钢拱架进行支护，钢架封闭成环后改变了地层应力大小的分布，使集中应力变小。拱墙系统锚杆调整为5m长砂浆锚杆，间距1.0x1.0m（纵x环）。
采取以上措施后，有效的预防了岩爆的再次发生，使工程的安全、质量、进度效益得到了有效控制。
5.结束语
隧道施工岩爆的防治，重点在于对岩爆的预测，在勘察设计和施工调研阶段尤其重要，需充分了解隧道工程周边的地质构造、隧道的埋深、断层分布情况等，从而采取具有针对性的隧道选线、断面设计方案，编制针对性强的可实施性施工方案，在施工过程中应根据超前地质预报成果及工程经验对岩爆进行判定，采取积极主动的预防措施和强有力的支护措施，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及危害性降到最低。工程技术人员还要不断对岩爆产生的机理与原因进行系统性的分析与探讨，从中找到最本质的解决对策。
参考文献：
[1]刘正雄.岩爆预防及防治技术研究［J］，中国铁道科学，2001，（4）
[2]徐则民，黄润秋，罗杏春，李睿，孙静怡.静荷载理论在岩爆研究中的局限性及岩爆岩石动力学机理的初步分析[j].岩石力学与工程学报，2003，（08）
[3]邱道宏，陈剑平，张秉鹤，肖云华.深埋长大公路隧道岩爆预测及防治研究[j].地下空间与工程学报，2006，（06）
论文作者:李世君
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/23
标签：应力论文; 围岩论文; 隧道论文; 超前论文; 断面论文; 钻孔论文; 进尺论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;