岩爆隧道施工工艺工法

1、岩爆隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0508-2011第五工程有限公司刘富强李敬伟1前言1.1工艺工法概况岩爆，也称冲击地压，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的 突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象，也是隧道施工中一种较常见的 现象，岩爆多发生在埋藏大、整体性好、石质干燥、坚硬、强度高的岩层中。岩 爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面13倍洞径范围内，个别也有 距新开挖面较远。发生的时间，多在爆破后03小时（或更长时间）。根据工程 岩体分级标准判别法、Russenes岩爆判别法、Turchaninov岩爆判别法及Hock 岩爆判别法等四种方法综合评定：埋深

2、在240m368m范围，有岩爆发生的可能 或产生轻微岩爆；埋深在368m650m范围，可能会发生中等规模的岩爆；埋深 在650m以上时，可能会发生较强岩爆。隧道爆破开挖后，采用给作业面喷洒高压水、打设应力释放孔、岩壁切槽等 方法达到对岩体降温和对集中应力释放的效果，以降低岩爆发生强度；其次向作 业面拱部及侧壁喷射纤维混凝土，再加设锚杆及钢筋网，以尽可能减少岩层暴露 时间，增强岩体自身稳定性，减少岩爆发生几率同时确保人身安全。1.2工艺原理岩爆地质隧道施工按照“新奥法”原理，提高光面爆破效果，以减少围岩应 力集中；开挖后立即对开挖面及周围岩壁进行洒水降温、打设释放孔、岩壁切槽 以达到应力分散效果

3、；及时施作初期支护，保证在最短时间封闭围岩，及时完成 仰拱，使初支成环；根据量测数据确定最佳二衬施工时间，尽早完成二衬施工。 2工艺工法特点2.1根据岩爆地质设计资料、开挖工法、地质预报和监控量测资料，并结合 目前国内隧道施工水平，具体分轻微岩爆、中度岩爆、强烈岩爆三个强度等级采 取了不同措施分别对施工地段岩爆进行预防及处理。2.2岩爆多发生地段围岩均存在节理裂隙不发育、硬度大、整体性好、埋设 大等特点制定了给开挖工作面喷洒高压水、喷射纤维砼、打设超前应力释放孔、 及时疏散人员、机械设备防护、设置专职安全人员警戒、局部挂网等措施。3适用范围本工艺工法适用于存在埋深大、岩性好的高地应力铁路、公路

4、及水工山岭隧 道。4主要引用标准客运专线铁路隧道工程施工技术指南（TZ214）、客运专线铁路隧道工程 施工质量验收暂行标准（铁建设2005160号）、铁路隧道施工规范 （TB10204）、新建铁路铁路工程测量规范（TB 10101）、客运专线无砟轨道铁 路工程测量暂行规定（铁建设2007189号。5施工方法5.1光面爆破：控制开挖周边眼间距，提高残眼保存率，降低石质应力集中几率。5.2保持工作面湿润：开挖面爆破开挖前，准备好装水罐车或移动水箱，待爆破后立即用高压喷头 向工作面及四周岩壁喷洒水以达到给围岩降温效果，对轻、中、重度岩爆均适用。5.3喷射纤维混凝土并局部挂设钢筋网片：洒水完成后，待工

5、作面无应力释放响动后，及时对工作面及四周岩壁喷射纤 维混凝土，对中、重度岩爆地段可挂设钢筋网片给以加强。5.4开挖工作面打设超前应力释放孔：针对已发生岩爆地段或设计资料有高应力地段，采取给工作面打设应力释放 孔，以释放岩层内部应力。5.5人员疏散、机械设备防护：开挖工作面出现明显的岩爆响动时，由专职安全员及时疏散工作面施工人 员，并及时对工作面50米范围内机械设备加盖防护罩或防护板。5.6开挖工作面专人警戒：对开挖工作面24小时派专职安全员进行巡视，做好作业人员安全防护用品 检查监督，发生岩爆后及时疏散人员。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程图图1施工工艺流程图循环下6.2操作要点6.2.

6、1开挖司钻过程中周边眼间距控制在4550cm，钻眼平行无交叉，眼底 平齐。6.2.2对岩爆地段保证对应人员、物资、设备到场。6.2.3喷射纤维混凝土中纤维可采用塑料及钢纤维，掺量为0.51.0kg/m3。钢筋网片采用66610钢筋制作，网格间距1525cm。必要时加设锚杆及钢筋 网。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的 发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。在岩爆发生时，人员应撤离岩爆 区，基本稳定后立即采取相应的措施，以防发生事故。6.2.4打设超前钻孔释放隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力， 超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔

7、台车打设超前钻 孔，钻孔直径45108mm，深度520m，对轻度岩爆每循环掌子面打设13孔； 中度岩爆每循环掌子面打设46孔；强烈岩爆每循环掌子面打设68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，轻度岩爆每循环打孔孔眼间距 1.5m2.0m，深度0.5m1.5m；中度岩爆间距1.0m1.5m，深度1.5m2.5m； 强烈岩爆间距0.5m1.0m，深度2.5m3.5m。同时对于强烈岩爆地段可在超前 探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中 现象的出现。6.2.5在施工中应加强监测工作

8、，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过 对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，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。表1监控量测项目表序 号量测项目量测方法和仪器测点布置测量频率测量精度1洞内外观测现场观测，地质素 描及初期支护状 态观测母相口拱架施工前洞顶现场勘测， 施工中开挖后进行2水平收敛量测收敛仪、反射膜片 配合全站仪每103 0米一个断 面，上下2条基线4 个点1八、uN5mm (01B) 2 次/d； 1 Wu5 (12B) 1 次/d； 0.5Wu1 (12B) 1 次 /23d；0.2Wu0.5 (2 5B

9、) 1 次/3d；u 5B) 1 次/7d。0.1mm3拱顶下沉水准测量的方法， 水准仪、钢尺等每103 0米一个断 面，1个点1mm注：B一隧道开挖宽度，u一变形速速6.2.6制定严格的安全巡视制度，强化工作面安全巡查警戒力度。7劳动力组织按照一般常规隧道施工配置相同，下表为设计I级电气化单线铁路隧道全断面施工配置，可供参考。表2单工作面作业劳动组织表序号工作项目作业内容人数1开挖开挖、爆破工18高压水喷洒手2挖掘机司机2自卸车司机62初期支护型钢加工6钢筋网片加工2钢架安装8喷射混凝土8混凝土搅拌运输罐车司机43混凝土生产混凝土搅拌机司机3装载机司机2机械修理工14测量及其他技术员2测工4

10、5其他队长1技术负责人1质检工程师1专职安全员1试验员2电工3修理工2空压机司机3调度3辅助人员58主要机具设备按照一般常规隧道施工配置相同，下表为设计I级电气化单线铁路隧道全 断面施工配置，可供参考。表3单个开挖面机械设备配备表序号作业机具设备名称规格型号单位数量备注1施工通风轴流式通风机SDF （c） -NO110台1通风2施工照明低压变压器24v,10kw台2掌子面及二衬施工平台3施工用电发电机250kw台1备用变压器500kw台1施工及生活用电4开挖挖掘机PC-300-6台1装碴、找顶东风（斯太尔） 自卸车15t辆4出碴空压机LWJ-20/7-1台3高压供风风钻YT-28台18矿用电钻

11、50台5掘进打锚管、锚杆5初期支护工字钢弯曲机GW1-200台1型钢加工钢筋弯曲机GW台1钢筋加工钢筋切断调直机GQ台1钢筋加工等离子切割机GW台1钢板切割交流电焊机BX1-500台6钢架、网片加工及安装台式钻床24025台1钢板加工压浆机台1锚杆注浆混凝土湿喷机TK-500台3喷浆6量测及测 量仪器全站仪莱卡402台1方向控制水准仪莱卡N2台1标高控制塔尺5m个2标高控制精密水准仪莱卡N2台1沉降观测因瓦尺个2收敛仪JSS30A个2量测锚杆拉拔仪BL150B个1锚杆拉拔应力测试仪套1应力测试7其他移动储水罐车8m3台4运送水高压洒水泵射程N50米台2喷射水潜孔钻机ZP150台1打设应力释放孔

12、9质量控制9.1易出现的质量问题9.1.1岩爆地质隧道高应力强岩爆地段容易发生掉块，变形加速。9.1.2开挖时，周边眼眼距过大或不均匀，装药量过大影响隧道光面爆破效 果。9.1.3开挖进尺不当，措施不及时，造成局部坍塌。9.2保证措施9.2.1根据设计资料及超前地质预报分析判断存在高应力地段，提前组织人 员、储备物资，根据不同岩爆等级制定相应的措施：轻微岩爆地段：给工作面喷射高压水给岩层降温，喷钢纤维混凝土，增强 岩壁柔性和抗剪能力。中度岩爆地段：除给工作面洒水降温外，给岩爆段岩壁挂设钢筋网再喷射 纤维混凝土，以增强初期支护强度。强岩爆地段：除给工作面洒水降温、挂网、喷纤维混凝土外，还需对工作

13、 面打设应力释放孔或对岩壁进行切槽以减少应力集中，降低岩爆造成的危害。9.2.2及时做好拱顶沉降及周边收敛测量观测并及时分析数据，以便及时 的调整施工工法。9.2.3严格落实技术交底制度，并派质检工程师现场控制开挖周边眼间距 及每循环开挖进尺，制定相应的奖罚措施，岩爆地段周边眼间距控制在 45 50cm，每循环开挖进尺控制在2.5m以内。10安全措施10.1主要安全风险分析岩爆地质隧道开挖要注重岩爆飞石及工作面坍塌对人员、设备伤害，提出相 应的风险处理措施，编制施工应急预案。10.2保证措施10.2.1进洞人员必须正确佩戴安全防护用品，特殊工种应持证上岗。10.2.2增设临时防护设施，给主要的

14、施工设备安装防护网和防护棚架，给 施工人员配发钢盔、防弹背心等，掌子面加挂钢丝网。10.2.3配备专职安全员对作业面24小时轮流值班，有岩爆发生时及时警报， 并做好现场人员按既定的逃生路线疏散及设备防护。11环保措施11.1避免炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，减少对空气的污染，节约 炸药等能源的消耗。11.2对于岩爆地质隧道中加强施工用水的管理，防止水土流失。隧道施工 中采用防水板和止水带等综合防排水措施，减少水的流失，做到环保和节约水资 源要求。11.3优化岩爆地质隧道的设计支护参数。12应用实例12.1工程概况由中铁一局集团第五工程有限公司承建的向塘至莆田铁路高盖山隧道，设计 为双洞单线

15、隧道，左线隧道全长17594m，右线隧道全长17612m，隧道最大埋深 723m。开挖宽度9m，开挖高度9m，开挖面积75.43皿，隧道洞身围岩大部分为 流纹岩、英安质晶屑熔结凝灰岩、碎斑熔岩及晶洞碱长花岗岩等硬质脆性岩。隧 道II、III级围岩采用全断面施工，W、V级围岩采用台阶法施工。初期支护采用 喷锚支护，V级围岩段钢架采用118型钢，间距为0.8m，W级围岩段钢架采用 150mm格栅钢架，间距为1.0m，C25微纤维混凝土喷护，锚杆长2.5m、3.5m， 二次衬砌采用模筑混凝土施工，混凝土采用高性能C30混凝土 12.2施工情况高盖山隧道设计 DK478+315DK478+475 段（

16、160m）、DK479+775DK479+915 段（140m）埋深 240m368m，为轻微岩爆地段DK475+545DK478+315 段（2770m）、 DK475+075DK478+215 段（140m）、DK473+300DK473+970 段（670m）埋深在 368m650m，为中等岩爆地段；DK475+215DK475+545 段（330m）、DK473+970 DK475+075 段（1105m）、DK472+865DK473+300 段（435m）埋深均大于 650m， 为强岩爆地段。2008年10月开工，2011年1月岩爆段开挖支护全部施工完成。 首先在隧道开挖过程中采用光面爆破、严格控制周边眼间距及开挖进尺，提高炮 眼残留率以减少岩石应力集中，控制开挖进尺以减少爆破药量以减少爆破对岩体 的扰动。其次在爆破开挖及时通风排烟，针对轻度岩爆，开挖掌子面及周围岩壁 喷洒高压水，以降低岩体温度，增强塑性，减弱岩体的脆性，降低岩爆的剧烈程 度；针对中度岩爆采取喷射纤维砼，局部地段挂设钢筋网增强支护能力；对重度 岩爆除对工作面洒水降温、喷射网片纤维砼外