鄂赣隧道岩爆检测方法及预防措施
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鄂赣隧道岩爆检测方法及预防措施 赵海龙 （中铁隧道集团一处有限公司） 摘要：目前岩爆检测分析在隧道施工过程中尚无统一的认识，本文根据 鄂赣隧道岩爆检测的成功经验对岩爆的成因、检测方法、预防措施进行评述。 关键词：隧道岩爆方法措施 ０引言 岩爆是在高地应力区岩体中开挖隧道时，围岩发生脆性破坏而 突然释放应力所造成的一种失稳现象。对岩爆的发生进行及时预测 和预防具有特别重要的意义，但是由于岩爆发生形式、地点的复杂 性，目前对岩爆检测方法尚无统一的认识。 １岩爆产生条件 １．１近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能； １．２围岩新鲜完整，裂隙极少，属坚硬脆性介质，能够储存能量， 而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小； １．３具有足够的上覆岩体厚度，埋藏深度多大于２００ｍ： １．４无地下水，岩体干燥 １．５开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。 ２岩爆的特点 隧道内的岩爆一般具有以下特点： ２．１在未发生前，并无明显的征兆，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，有时暂不坠下。 ２．２岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距 新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆 在开挖后陆续出现，多在爆破后的２～３小时，２４小时内最为明显， 延续时间一般１—２个月，事前一般无明显预兆。 ２．３岩爆时围岩破坏的规模，小则几厘米厚，大则可多达几十吨 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。 ２．４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 部岩爆：在强度较低的岩体，则在离隧洞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岩爆的现场预测预报 目前岩爆预测的普遍方法：地形地貌分析法及地质分析法；ＡＥ 法（声发射法）；钻屑法（岩芯饼化法）；地温法。以上几种方法在实际 施工过程中要综合应用，相辅相成互相印证，方能对岩爆的发生进 行准确的预报。本文主要介绍的是～种新型的检测方法“Ｗ（改进） 型门塞式应力恢复法”。 ４“Ｗ（改进）型门塞式应力恢复法”简述 ４．１基本原理“Ｗ（改进）型门塞式应力恢复法”基本原理是现 场洞壁测试点安装电阻应变片测量洞壁测点３个方向的应变值，并 计算出洞壁最大主应力ｏ 。即后续ｏ。ＩＲ 判据中使用的ｏ。～，取 下长度为５Ｏｍｍ的岩心，利用点荷载仪取得岩心的单轴抗压强度 Ｒｂ（采用点荷载试验强度换算求得），然后与岩爆烈度分级ＲＭＳ相 对照，判断岩爆情况。 ４．２试验方法 ４．２．１测点位置的选择工程开挖后，在埋深较大、围岩较完整、 挤压较紧密、有可能发生岩爆的洞段岩体表部粘贴应变花。 ４．２．２应变花的粘贴在已选定的测点用切割机切平，再用砂 纸将表面磨光，然后用蘸有丙酮的棉球清除表面残留的磨屑。在应 变花基底上均匀地涂一层薄的己调和好的混合环氧树脂胶。然后 用镊子夹住应变花引线，将应变花的轴线标记对准洞壁水平和垂 直方向粘贴在基底上，且迅速检查和微调应变花的方向。用手指顺 着应变花轴向，轻轻向引线方向滚压应变花，挤出多余胶液和粘结 层中的气泡。然后用力加压１ ｍｉｎ左右，以减少粘结层中产生气泡 的可能性。 经检查粘贴合格后，在应变花和引线上涂上一层防潮胶（如７０３ 胶），以减少水分对粘结剂强度、应变计工作性能（如零漂等）的影响。 １９０ 因粘贴２４ｈ（４＼于２４ｈ可采用吹风机吹千）后就可以量测，故不需要 特殊的防护装置。 ４＿２．３应变测量应用ＹＥ２５３８Ａ静态电阻应变仪，采用半桥连 接法来进行应变量测。 ４．２．４应力恢复取下长度为５０ｍｍ的岩心，利用点荷载仪配 备特制加载装置完成围岩（岩芯）二次应力的恢复，按公式（１）计算求 得二次应力ｏ 、ｏ ．并换算求得岩心的单轴抗压强度Ｒｂｏ ａ 或Ｄ ：ａ×Ｆ×ＳＪＡ （１） 式中：Ｆ——应力恢复时点荷载仪压力表读数（ＭＰａ）； Ｓ 一点荷载仪千斤顶活塞面积（ｃｍ０）； ｏ【——应力等效系数； Ａ——断面面积（ｃｍ ）。 ４．２．５岩爆预警判断计算ｏ。／Ｒ ．并与岩爆烈度分级ＲＭＳ相 对照，对隧道岩爆情况进行预测。 ４．２．６试验主要仪器①电阻应变片：ＢＸ１ ２０—３ＣＡ（ＸＸ）（敏感栅长 ３ｍｍ，宽２ｍｍ）；②应变测量及采集：ＹＥ２５３８Ａ静态电阻应变仪；⑨ 取芯工具：ＤＺ一２Ａ型手持式工程钻；④加载设备：门塞式加载装置。 ５岩爆的预防及处理 ５．１改善围岩应力这种方法主要是降低围岩应力是围岩应力 小于围岩强度，避免岩爆的发生。 ５Ｉ２改善围岩性质在施工过程中，可采取对工作面附近隧道岩 壁喷水或钻孔注水来促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。但 这种方法在隧道施工中一般对隧道围岩的稳定有一定的影响。 ５．３对围岩进行加强支护和超前支护加固其作用：改善掌子面 及１～２倍洞径洞段内围岩的应力状态。 ６岩爆段施工技术 ６．１在施工前，针对已有勘测资料，优化施工开挖和支护顺序， 为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。 ６－２在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性 及地应力的大小，并判断可能发生岩爆高地应力的范围等。 ６．３打设超前钻孑Ｌ释放隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩 表面张力超前钻孑Ｌ可以利用钻孔，在掌子面上利用气腿式风动凿岩 机打设超前钻孔，钻孔直径为４２ｍｍ，每循环可布置１ｏ一１５个孔， 深度６—８ｍ，间距１＿５ｍ。 ６．４在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场 观察、通过对洞拱顶下沉、水平收敛以及锚杆检测，可以定量化地预 测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确 保安全。 ６．５在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，同时利用光面爆破技 术，严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断 面尽可能规则，减小局部应力集中发生的可能性。在岩爆地段的开 挖进尺严格控制在２．５ｍ以内。 ６．６及时支护 支护的方法是在爆破后立即向拱墙喷射混凝土，再加设锚杆及 钢筋网。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。 ６．７对开挖后岩面洒水以软化围岩，达到释放应力的目的，施工 过程中应派专人定时洒水，使岩面保持湿润状态。 ６．８在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施 工安全。 结束语：在隧道施工中，因岩爆而造成的安全事故频频发生，岩 爆检测技术越来越被重视，本文通过鄂赣隧道的实际经验说明应用 “Ｗ（改进）型门塞式应力恢复法”来预测岩爆能取得较好的效果。 参考文献： …中华人民共和国交通运输部《公路隧道施工技术规范）ＪＴＧ Ｆ６０—２００９． 北京．人民交通出版社２００９． Ｉ２Ｊ曹强．锦屏辅助洞岩爆特征及防治措施研究．＜隧道建设）．第２９卷第 ５期《隧道建设》编辑部．
