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苍岭隧道施工中岩爆理论预测研究汪 波 何 川(西南交通大学地下工程系 成都 610031)摘 要 文章以在建的苍岭隧道为研究对象,主要对隧道在施工前后的K97+500～K98+060段进行理论上的岩爆预测研究;施工前,采用有限元分析手段模拟隧道的实际开挖方式,考虑开挖后洞周应力的最不利状态对该段岩爆状况进行首次岩爆理论预测;施工中,在对隧道开挖段已产生的岩爆规模不断拟合研究的基础上,获得更加符合现场实际的地应力场资料后,再次对掌子面前方未开挖段的岩爆状况进行更加准确的二次岩爆预测预报。
关键词 隧道 岩爆 数值分析 理论预测1 引言众多的地下工程中,深埋长隧道以其埋藏深、延伸长、工程地质问题较多,而成为建设中的控制性工程;因其多穿越巨大山岭,交通条件较差,岩石露头较少,而成为地下洞室中最为隐蔽、最难以评价和预测预报的工程地质问题。
而岩爆作为深埋长大隧道的重大工程地质问题之一,也越来越受到人们的关注。
目前对于岩爆的研究理论较多,但基于岩爆理论及岩爆破坏机制而提出的各种理论预测方法,在工程应用中尚存在困难,而在施工过程中,对岩爆又常要求一些具体的、切实可行的预测预报方法、指标和岩爆的防治对策[1]。
因此,本文针对在建中的苍岭隧道施工过程中岩爆预测问题进行探讨,并用以指导施工。
苍岭隧道位于浙江省台缙高速公路上,最高海拔1076m,地形自然坡度45260°,局部山体陡峭,植被发育。
设计为分离式单向双车道,双线全长15141m,其中左洞7536m,起止点桩号为K94+760～K102+296;右洞7605m,起止点桩号为K94+ 760～K102+365;两洞轴线间距42m,隧道净宽9.75m,净高5.0m。
穿越主要以熔结凝灰岩为主的Ⅳ类、Ⅴ围岩和4条断层破碎带。
隧道按新奥法设计和施工,开挖方式采用全断面开挖,两头掘进方式,开挖过程中见轻微———中等岩爆发生。
为了充分保证施工的安全性,对苍岭隧道施工过程中进行岩爆预测研究将具有重大的指导意义。
隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程中的岩爆与构造活动分析与预测隧道工程是一项复杂而又危险的工程，其中一个重要的问题就是如何预测和控制岩爆和构造活动。
岩爆和构造活动是指在隧道开挖过程中，由于地质条件的复杂性和不确定性，导致岩石的破裂、坍塌和移动等现象。
这些现象不仅会对隧道工程造成损害，还会对施工人员的生命安全造成威胁。
因此，岩爆和构造活动的分析与预测对于隧道工程的安全和顺利进行至关重要。
岩爆是指在岩石中存在的能量积累到一定程度时，由于压力等因素的影响，导致岩石瞬间释放能量，并产生爆炸效应的现象。
岩爆的发生不仅会对隧道工程造成直接损害，还会产生巨大的冲击波和飞石，对施工人员的生命安全造成严重威胁。
因此，对于岩爆的分析与预测是隧道工程中必不可少的一项工作。
岩爆的分析与预测需要综合考虑多种因素，包括地质条件、岩石物性、地应力状态、开挖方式等。
其中，地质条件是影响岩爆发生的最主要因素之一。
地质条件复杂、地层变化剧烈的地区容易发生岩爆。
此外，岩石物性也是影响岩爆发生的重要因素之一。
岩石物性不同，其抗压强度和断裂韧度也不同，从而影响了岩爆的发生概率和规模。
地应力状态也是影响岩爆发生的重要因素之一。
当地应力状态较大时，岩石中的应变能量会积累得更多，从而增加了岩爆发生的概率。
最后，开挖方式也是影响岩爆发生的重要因素之一。
不同的开挖方式会对地层产生不同的影响，从而影响了岩爆发生的概率和规模。
针对岩爆的分析与预测，目前主要采用了多种方法。
其中，最常用的方法是基于经验公式的预测方法。
这种方法通过对已有的实际工程数据进行统计和分析，得出了一系列与地质条件、开挖方式等有关的经验公式，从而可以预测出隧道开挖过程中可能发生的岩爆情况。
此外，还有一些基于数值模拟的方法，如有限元法、离散元法等。
这些方法可以通过建立数学模型来模拟隧道开挖过程中可能发生的各种情况，并进行预测和分析。
除了岩爆外，构造活动也是隧道工程中需要考虑的一个重要问题。
隧道岩爆的防治技术和施工措施定义：岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后，围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
现场岩爆照片岩爆引起的初喷砼脱落岩爆的防治技术主动方法1、改变围岩性质（1）向工作面及洞壁喷高压水；（2）超前钻孔高压注水使围岩软化。
2、改善围岩应力条件（1）短进尺、多步开挖，控制光面爆破减少应力集中；（2）钻爆法施工，释放岩体内应力；（3）纵向切槽法;（4）洞壁钻孔和超前钻孔应力解除法；（5）超前钻孔松动爆破应力解除法。
被动方法围岩加固措施，及时支护（1）及时支护，减少岩体暴露时间和面积；（2）喷锚＋钢筋网、必要时加钢支撑支护，喷钢纤维混凝土，可屈服膨胀锚杆（3）掌子面施设膨胀锚杆以防止坍塌。
利用可屈服型膨胀锚杆和喷钢纤维混泥土稳定掌子面左掌子面钻孔应力解除法右采用曲面掌子面改善围岩受力状态超前钻孔松动爆破应力解除法岩爆地段施工措施1、在可能发生岩爆的隧道中施工，应遵守“短进尺，多循环”的原则，具体应符合下列要求:（1）采用短进尺,一般情况下,每循环进尺宜控制在1.0～1.5m，最大不得大于2.0m；（2）采用光面爆破技术，使隧道周边圆顺，降低岩爆发强度；（3）采用网喷钢纤维混凝土；（4）施作超前锚杆，对于岩爆强烈的开挖面，可采用超前锚杆，对开挖面前方的围岩进行锁定；（5）在拱部及两侧边墙布置预防岩爆的短锚杆，该锚杆长度宜为2m左右，间距宜为0.5～1.0m,并宜与钢纤维喷射混凝土联合使用，形成喷锚加固作用。
2、隧道施工中，一旦发生岩爆，应立即采取下列处理措施：（1）彻底停机待避，同时进行工作面的观察记录，如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等；（2）在工作面、边墙和拱部，每一循环内进行2～3次找顶；（3）采用能及时受力的摩擦型锚杆（水胀式锚杆）；（4）采用喷射钢纤维混凝土，厚度宜为5～8mm；（5）当用台车钻眼，岩爆的强度在中等以下时，可在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板,避免岩爆弹射出的块体伤及作业人员和砸坏施工设备。
分析隧道工程中岩爆的防治措施1岩爆的机理在进行岩爆机理的研究过程中，中外专家没有得到共识，所以笔者从两方面上进行分析，这两方面主要是静力学理论和动力学理论。
1.1静力学理论在进行隧道施工的过程中，遇到高地应力或者是硬脆性的环境，其稳定性趋于失衡的时候，会导致岩爆的形成，主要指的是切应力无限接近于围岩的压缩强度，在进行隧道的施工中，经常会用这一点用作判断的依据。
(1)强度理论观点这里所说的强度理论观点主要是指围岩承受过大的应力，在过大应力的作用下失稳的一种状态，这个现象可以运用格里菲斯的理论进行解释，同时也可以运用摩尔—库伦准则进行相应的解释。
(2)能量学观点从能量学的角度来进行考虑，岩爆的发生主要是围岩中聚集了太多的能量，当承受不住的时候，产生了释放，也就说其弹性应变能的释放，对于弹性应变能，进行判断的依据主要是弹性应变的指数。
(3)断裂以及损伤理论针对岩体的材质而言，比较容易出现裂缝以及损伤，而岩爆的出现与这一点也是有着密切的关系，所以早已存在的小断面也较容易出现岩爆。
1.2动力学理论动力学理论主要是指通过人为开挖而出现的一种地质灾害，并不是自然灾害，在进行开挖的过程中，由于每个围岩的环境不一样，所以出现的情况也不一样。
在进行钻爆法进行开挖的过程中，要运用各炮层的顺序进行起爆以及周边眼起爆之后进行开挖，与此同时，瞬间的大幅卸载以及岩爆事件的本身也会产生一种叠加效应，其中最为显著的是处于一种双向受压和一侧临空的情况，有巨大破坏潜力的扰动，这样，围岩就非常容易发生变动，这些应力的波动会随着环境的变动而不断的恶化，一旦受到外界的刺激，就会发生大规模瞬间的动力扩展，围岩失稳，这点就是围岩的动力学理论机制。
2岩爆的防治与应对2.1隧道岩爆的预测岩爆主要是基于高应力的条件下出现的一种破裂现象，所以可以根据所开发地段的地应力进行相应的评估，在实际的评估过程中，可以运用的理论比较多，主要可以分为两种方法，一种是理论法，这种方法是经过长时间的理论基础沉积下来的，例如应力判据法和脆性指标法等。
2024年隧道施工岩爆应急预案____年隧道施工岩爆应急预案一、前言随着现代社会的快速发展，隧道建设变得尤为重要。
然而，隧道施工中的岩爆事故给工人的生命和财产安全带来了严重威胁。
为了确保工人的安全，我们制定了隧道施工岩爆应急预案，以应对可能发生的岩爆事故。
二、岩爆的概念与特征岩爆是指在岩土工程施工过程中，由于应力作用下的岩石爆裂产生能量的释放。
岩爆具有突然性、破坏性和广泛性的特点，可能导致人员伤亡和设备损坏。
三、隧道施工岩爆应急预案的目标1. 保障工人的生命安全；2. 确保施工设备的安全运行；3. 减少岩爆事故造成的经济损失。
四、应急预案的组织机构与职责安排1. 应急指挥部：负责协调应急救援工作、指导和监督现场应急救援行动；2. 技术专家组：负责现场情况评估、风险分析和应急措施制定；3. 应急救援队伍：负责应急救援工作，包括人员搜救、伤员救治、设备拆除等；4. 监控与通信组：负责监控现场情况、传达指挥部指令和保障通信畅通。
五、应急预案的具体内容1. 预防措施（1）加强岩体勘察与预测，分析岩石的稳定性和岩层的压力状态。
（2）合理设计施工方案，减少对岩体的冲击和破坏。
（3）采取防护措施，如搭设防爆网、加固支撑等，减少岩层的塌方和喷射。
2. 监测与预警（1）设置岩爆监测系统，实时监测岩体变化和压力情况。
（2）建立岩爆预警机制，及时发出预警信号，通知工人撤离现场。
3. 应急响应（1）发生岩爆事故后，立即启动应急预案，通知相关部门和人员。
（2）指挥部成立应急救援队伍，赶赴现场进行抢救和救援工作。
（3）指挥部与现场人员保持通讯畅通，及时了解现场情况并下达应急指令。
（4）现场人员进行人员搜救、伤员救治、设备拆除等工作，并确保自身安全。
4. 救援与恢复（1）救援工作结束后，对现场进行清理和修复，确保通行畅通。
（2）对受伤人员进行妥善治疗和护理，尽力挽救生命。
（3）组织事故调查，总结经验教训，提出改进建议，避免类似事故再次发生。
隧道施工中的岩爆风险预测与管控隧道施工是现代城市建设中不可或缺的一环，但在施工过程中，岩爆风险往往会给工人的生命安全和工程进度带来巨大威胁。
因此，预测和管控岩爆风险成为隧道施工中的重要任务之一。
隧道施工中的岩爆风险预测是通过现场勘探、地质分析和工程技术手段来确定隧道地质结构的稳定性和岩体的强度，以预测可能发生的岩爆现象。
这需要结合多种因素，如地质条件、地下水位、孔隙水压力、岩体应力状态等进行综合分析。
首先，为了准确预测岩爆风险，施工前的地质勘探是必不可少的一步。
地质勘探可以获取隧道沿线的岩土样本，并进行物理力学性质测试。
通过分析岩土样本的断裂性质、孔隙率、弹性模量等指标，可以评估岩体的稳定性和潜在的岩爆风险。
其次，地质分析是岩爆风险预测中的关键环节。
根据地质学理论，通过对岩体构造、岩层性质、断层分布等进行分析，可以了解岩体的力学性质和应力条件。
同时，对地下水位、水质等进行监测，了解地下水对岩体稳定性的影响。
这些信息的综合分析可以提供岩爆风险的有效预测依据。
在施工过程中，工程技术手段可以有效地降低岩爆风险。
例如，采用先进的爆破技术和支护方法，可以减小岩爆的概率。
合理设置爆破参数、控制爆破序列以及加强支护措施，可以有效降低岩爆风险。
此外，合理安排施工进度，采取预防性措施，如岩体加固、水强制排除等，也可以有效降低岩爆风险。
岩爆风险的管控需要综合运用地质学、工程学、爆破学等多学科的知识。
隧道施工中的岩爆风险预测和管控需要专业人员进行综合分析和判断。
同时，应建立健全的监测体系，及时分析和评估岩体变形和水压力变化等数据，及时调整和采取措施，保障施工安全。
总之，隧道施工中的岩爆风险预测与管控是一项复杂且关键的工作。
通过地质勘探、地质分析和工程技术手段的综合应用，可以准确预测岩爆风险，并通过合理选择爆破参数、支护措施等降低岩爆概率。
除此之外，对施工过程进行全程监测和分析，及时调整措施，也是有效的岩爆风险管控手段。
