中铁六局集团有限公司交通工程分公司 北京 100000
摘要：随着地下资源的开发，交通隧道工程建设不断走向地下深部。已建地下工程中，锦屏二级水电站引水隧洞、新建二郎山隧道、国家油气能源地下储存库、拉林铁路桑珠岭隧道等诸多工程埋深超过千米，这些深埋地下工程围岩地应力均处于较高水平。金鸡岭隧道为高应力硬岩隧道段，该隧道为双线隧道，埋深深，施工时易产生变形、岩爆等施工风险。本文基于此探讨超深埋隧道高地应力岩爆地段施工技术。
关键词：超深埋隧道；高地应力；岩爆；施工技术
1前言
在隧道建设过程中，隧道开挖稳定性会受到复杂地质的影响，例如高地下水压、岩溶、采空区、软岩大变形及岩爆等。在高地应力条件下，结构完整的脆性硬岩在开挖卸荷后，由于某些因素的诱发而发生动力失稳的现象，即岩爆。目前，如何控制岩爆是岩石力学与工程界共同面临的一个难题。为保证隧道开挖稳定性，加固围岩、弱化围岩、应力转移等防治理念被提出，进而形成了岩爆支护、区域防范和局部解危等岩爆控制措施。在地下洞室开挖后，围岩支护作为最直接有效的岩爆支护措施，引起了工程领域各界人士的关注，得到了越来越多的研究。
在实际岩爆隧道中，特别是工期较紧的隧道施工中，如何在防治岩爆的基础上达到快速施工的目的是交通隧道等地下工程施工所面临的长期性难题。
2岩爆隧道支护现状
岩爆的发生取决于岩石的强度、完整性、所处的初始地应力条件和周围地下水情况。根据岩爆的特征和相关性质将岩爆分为3个等级弱岩爆,中等岩爆 ,强烈岩爆 。3个等级中，弱岩爆对施工的影响极小，基本上不会对人员和机械造成威胁，实际施工时基本不用采取特殊措施进行处理；中等岩爆持续时间较长，对机械、施工人员的安全及心理造成严重影响，基于加固围岩的思想，目前常采用钢支撑和喷－锚－网(钢筋网)的整体支护方式对隧道中等岩爆区段进行支护，在施工过程中根据实际情况可能还要采用防护网等被动的临时支护措施；强烈岩爆极具危险性，在加强支护的同时还要采用多种辅助措施(如超前应力施工释放孔等)弱化围岩，降低岩爆发生的频率和能量。
3工程概况
金鸡岭隧道进口里程为DK196+353，出口里程为DK200+771.31，全长4418.31m，为双线隧道，隧道最大埋深291.3m。隧道工程量大，存在不良地质，施工技术复杂，金鸡岭隧道隧址区DK197+298~DK197+500为极高应力区，开挖时有岩爆发生；DK200+050~DK200+282段为高应力区，开挖过程中可能有岩爆发生，施工中根据岩爆等级采取相应措施，减小岩爆危害，施工难度大。
4超深埋隧道高地应力岩爆段施工技术
针对高地应力硬岩易发生岩爆的特点，制定了“早预报、超前支护、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测，步步为营，稳步前进”的整治原则和总体方案，配合超前小导管等辅助方案。
4.1施工工艺流程
高地应力硬岩隧道施工工艺流程如图1所示。
图 1 施工工艺流程图
超前应力钻孔打设超前应力钻孔，可以有效降低前方掌子面的高地应力，也可以采用注水的方式，降低周围岩体的表面张力，钻孔直径45mm～108mm，深度5m～20m。对轻度岩爆每循环掌子面打设1孔～3孔；中度岩爆每循环掌子面打设4孔～6孔；强烈岩爆每循环掌子面打设6孔～8孔，对掌子面拱顶及两侧起拱线位置要优先布孔，其余孔位可作为加密孔。必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，同时对于强烈岩爆地段可采取超前钻孔内部松动爆破的方法，或用小炮震裂完整岩石的方法，或孔内注水的方法，从而减少应力集中。
4.2超前支护措施
针对岩爆类型及大小，提前打应力释放孔或超前摩擦锚杆支护，以达到减弱岩爆的强度。必要时作超前30m～50m导洞，导洞直径不大于5m，可作为岩爆超前预报和释放地应力。
在岩爆地段，开挖后及时向掌子面及以后约15m范围内隧道周边进行喷射高压水，在某种程度上可以削弱围岩表面的强度，选取超前探孔向围岩岩体内均匀注高压水，从而提前减小围岩变形能力并将最大切向应力转移到围岩的内部，注高压水的劈裂作用也可以软化硬岩，从而降低硬岩的强度，并可以新产生裂缝或是使既有缝隙更加发展，继而释放围岩内部的弹性应变能量。也可以提前在掌子面有概率导致岩爆的位置有规律地钻少许空眼，不设置锚杆，而采取注水的方式，可以释放部分压力，可以避免硬岩达到极限强度而导致岩爆。
4.3开挖施工工艺
本隧道采用的施工方法为钻爆法，掘进进尺采用短进尺，可以节省药量和降低爆破频率，控制光爆效果，以释放围岩表层应力集中现象，从而避免岩爆。在岩爆烈度中等以上的区域，炮眼间距保持在25cm范围内，并用隔眼填药，阻塞炮泥，加强光爆效果，做到爆破边缘线光滑。采取措施规避不平顺导致的应力集中，以避免岩爆的发生。开挖司钻过程中周边眼间距控制在45cm～50cm，钻眼平行无交叉，眼底平齐。采用浅洞爆破，减小循环进尺，缩减一次性药量。拱部采用小药卷光面爆破的方法，拓宽不同部位雷管的位置间隔，这样可以延后爆破时间，减轻对岩体的爆破震动，规避由于爆破震动诱发岩爆，从而降低岩爆频率和强度。在轻岩爆一般进尺控制在2.5m，对于中等烈度的岩爆区域，循环进尺保持在2m，采取全断面法施工，一次成洞，以保证围岩应力的平衡状态。改变开挖方式，预留岩爆层。施工中预留2m厚的岩爆处理层，岩爆过后再进行二次扩挖爆破、支护，较好地通过了强烈岩爆段。
4.4支护措施
弱岩爆段在开挖清撬后，一般向洞壁喷3cm厚的混凝土进行封闭围岩。初喷完后进行锚杆挂网支护，后进行二次喷射混凝土。中等烈度的岩爆区域采用浅孔密锚挂网混凝土，药卷锚杆规格为22mm，L=2m@1.2m～1.2m，梅花形布置；钢筋网采取Φ6.5mm@20cm×20cm，喷C20素混凝土5cm，最终喷混凝土至设计厚度，必要时加胀壳式锚杆。较强岩爆区段，必要时加Ⅰ20型钢拱架，以减轻岩爆损坏程度来规范控制光爆效果，从而最大程度地释放围岩表面应力，采用超前孔眼解除应力的手段及预裂爆破等工法，能让岩体应力释放、在开挖前弹性应变能有所降低，并用缝管式锚杆、梅花型布置，加钢筋网6.5mm@15×15cm，喷混凝土至设计厚度。
对强烈岩爆区域必须进行钢拱架支撑、锚喷挂钢筋网进行支护，与喷锚网形成联合支护体。
5结束语
工程实践证明:该高应力硬岩隧道开挖时，采用全断面开挖法，提前打应力释放孔或做好超前摩擦锚杆支护，用短进尺掘进，减少药量和爆破频率，喷射混凝土、辅助其他工法进行超前支护和加固，可降低岩爆频率和岩爆强度，同时采取信息化监控量测措施和风险防范措施，可有效地控制隧道受力变形，确保高应力硬岩隧道施工安全。
参考文献：
[1]解琦； 鲁志伟.山岭隧道高地应力岩爆处治分析[J].公路，2018(07)
论文作者:刘华礼
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/1
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