1.概述
岩爆是地下空间开挖过程中,围岩的一种非正常破坏现象。这种破坏主要表现为破裂围岩的动力抛掷,并伴有不同程度的爆炸声。岩爆不仅使人产生恐惧感,而且直接威胁施工人员和设备的安全,严重的会诱发地震,造成地标建筑物损坏。
最初,岩爆主要见于深埋的采矿巷(hang)道或竖井内,如最大埋深达3000~4000m的南非金矿等。后来,在各类埋深相对较小的施工中也频繁出现,如挪威赫古拉公路隧道、瑞典某引水隧洞,我国的秦岭隧道、天生桥引水隧洞、锦平探洞、川藏公路二郎山公路隧道等。
隧道发生岩爆,不仅会对施工安全构成威胁,而且可能造成严重的超挖,增加工程造价甚至延误工期。并且随着我国的基础设施建设力度的加大,随着国内外的地下工程深部化发展趋势,隧道岩爆地质灾害则渐转严重。
2.隧道岩爆防治对策
在区域岩爆及岩爆多发地段,应以“利用自然因素为主,调整人工因素为辅”的主要指导策略,提出隧道岩爆防治从设计、施工、支护加固处理措施到质量管理的防治对策,以避免和减少隧道岩爆的发生。
(1)隧道设计的岩爆防治对策
隧址选择首先应考虑尽可能避开有岩爆倾向的主地应力区,实难避开时,则从隧道轴线和断面设计出发以达到防止岩爆的目的。
隧道轴线选择应使轴线方向与最大主应力方向平行,以改善洞室结构的受力条件。使洞室结构受力合理,围岩不产生拉应力,且隧道周边压应力的分布使切向压应力最小,不产生过大的应力集中。
(2)施工阶段岩爆防治措施
a.应多采用分步开挖,使围岩中释放弹性能的区域减小,有利于抑制岩爆和降低其程度。
b.优化爆破设计,减少周边孔间距,使不大于50cm,采用小药卷间隔装药,增加起爆雷管数以减少同段起爆药量,提高光爆效果,尽量减少诱发岩爆的因素。加强对开挖作业人员的培训,提高业务素质,使隧道开挖周边圆顺,减少局部的集中应力。
c.尽量以TBM替代钻爆开挖隧道,减小因施工对围岩的振动,从而减少了岩爆触发因素。
d.在岩爆强烈发生地带可采取应力释放措施。即在施工过程中,一边应力解除,一边掘进,在洞室未开挖之前使岩体原始应力得以释放,以减缓开挖后的围岩应力。其施工方法为:从掌子面起沿拱部周边向前方打超前斜孔,在孔底装药爆破形成一定厚度的人工破碎带,且洞壁保持一定厚度的完整岩层作为安全距离。对岩爆特别剧烈地段,喷水或钻孔注水促进围岩软化,缓释围岩应力,减少剧烈岩爆的危险性。
f.在施工过程中短进尺、多循环作业,及时支护,以尽量减少岩体暴露时间和面积,可防止或减少岩爆发生。岩爆地段在洞室开挖后,要尽快进行砼灌筑,采用早强砼,且衬砌拆模时间要适当延长。
g.一旦岩爆发生,应彻底停机、待避、补充工作面的观察,并记录岩爆,对工作面、边墙或拱顶进行仔细检查,并选取合理的支护加固措施。
h.加强初期支护,在施工中若发现有岩爆的预兆,则需采取喷锚网喷支护,网喷砼厚度视岩爆的等级确定。
i.设临时防护网,在掌子面及其附近岩爆地带加铁丝帷幕,以增加作业场所的安全,保护凿岩人员和机具。
g.加强监测监控量测,结合超前地质预报技术,用弹道地震仪对掌子面及掌子面前方15~20cm的地段进行监测,用地震波速推算岩石强度,并根据岩石强度及有关经验公式判定存在岩爆的可能。
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