隧道岩爆施工方案

/目录1编制说明 31.1编制依据 31.2编制原则 31.3编制范围 42工程概况 42.1线路概况 42.2隧道主要工程量 43岩爆的特点及辨识 43.1岩爆的基本特征 43.2岩爆产生的条件 53.3推断岩爆发生的应力条件 63.4地应力计算和隧道岩爆预料 6XX 6XX 6XX 7XX 84、岩爆的预防及处理方案 104.1总体施工方案 104.2超前地质预报 104.2.1超前探孔 11地质素描 114.3加强光面爆破限制，提高爆破效果 114.4加强初期支护 124.4.1略微岩爆区 124.4.2中等岩爆区 124.5超前应力释放 124.6加强高压水冲洗 134.7加强效果检测 134.8岩爆发生时的处理措施 134.9、岩爆防护开挖台架 145、平安防护措施 155.1成立岩爆预防及救援小组 155.2平安防护措施 165.3洞内作业平安技术措施 165.3.1钻爆作业平安措施 165.3.2人员及机械防护措施 185.3.3洞内作业救援逃命措施 18隧道岩爆防治专项施工方案1编制说明1.1编制依据=1\*GB2⑴、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》；=2\*GB2⑵、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及平安技术规程；=3\*GB2⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定；=4\*GB2⑷、现场详细的施工技术调查资料；=5\*GB2⑸、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平；1.2编制原则=1\*GB2⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。=2\*GB2⑵、依据公路工程施工程序，合理支配施工进度，保证质量，确保按期完工，节约资源，爱惜环境，取得社会和建设单位信誉。=3\*GB2⑶、坚持科学性、先进性、经济性和合理性、好用性相结合的原则，接受先进的施工技术、科学的组织方法，合理支配施工。=4\*GB2⑷、坚持高起点规划、高标准要求、高质量落实，全面实现质量目标的原则。主动推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料、新测试方法，接受国内外先进、成熟、牢靠的方法和工艺，优化施工方案，实现平安、质量目标。=5\*GB2⑸、坚持以人为本，平安生产的原则。施工生产活动始终把人的健康平安放在首位，严格执行GB/T28001-2001职业健康平安管理体系，细致编制施工平安技术方案，加强过程限制，落实保证措施，保证平安生产投入，实现平安生产。=6\*GB2⑹、加强质量管理，严把质量关，确保工程质量符合要求。1.3编制范围XXXXX合同段全部隧道弱岩爆段。2工程概况2.1线路概况XXXX合同段位于XXXX境内，设计起讫桩号为K118+370～K126+000，全长7.63km。标段工程施工范围为：土石方15万方、防护圬工4.5万方、桥梁312.18m/4座、隧道7237m/3.5座（其中XX1883m、XX3126m、XX1482m、XX746m），合同总工期48个月。2.2隧道主要工程量序号隧道名称线位起点桩号终点桩号长度（m）最大埋深岩爆可能性预料岩爆长度mm1XX右线K118+469K120+3551886513可能300左线ZK118+477ZK120+43019533002XX右线K120+465K123+5913126628可能性大500左线ZK120+496ZK123+61931235003XX右线K123+716K125+1971481630可能270左线ZK123+718ZK125+22615082704XX右线K125+259K126+000741900可能性大100左线ZK125+271ZK126+0007291003岩爆的特点及辨识施工前除实行仪器测定外，应对岩爆有个基本的辨识，在施工过程中刚好发觉、刚好实行应对措施，确保施工平安。3.1岩爆的基本特征岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。岩爆往往造成开挖工作面的严峻破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。略微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严峻的可发生石块弹射、冒落和突出等灾难。隧道岩爆有以下特点：①爆发生前，没有明显征兆。隧道施工时，一般的敲帮问顶、清除悬浮石也无法检明出。②岩爆发生的地点主要集中开挖工作面旁边。③岩爆发生的时间多在爆破后4-6小时，但也有的较迟缓。④岩爆是由人工开挖诱导产生的，它和开挖方式及支护措施有干脆相关。⑤岩爆主要发生在埋深较大，所处岩层性状较单一，弹性模量等物理力学性能较高，能储存确定的应变能量。3.2岩爆产生的条件（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，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；（2）围岩坚硬簇新完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小；（3）埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；（4）地下水较少，岩体干燥；（5）开挖断面形态不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变更造成局部应力集中的地带。（6）地质构造岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。岩爆和断层、节理构造密切相关。当掌子面和断裂或节理走向平行时，极简洁触发岩爆。岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。3.3推断岩爆发生的应力条件用自然应力中的最大主应力σ1和岩块单轴抗压强度Rc之比进行推断。阅历公式：σ1/Rc>0.165～0.35(或Rc/σ1>6.06～2.86)的脆性岩体最易发生岩爆。（Rc/σ1=4~7为高地应力,Rc/σ1<4为极高地应力）。3.4地应力计算和隧道岩爆预料XX隧道最大埋深达513m，本次依据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预料，最大垂直应力：σH=γh=26KN/m3×513m=8.5MPa最大水平应力：Hmax=7.36+0.0225×513=25.52MPa岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa岩体初始压力σ1=34.00MPa≥（0.15～0.2）Rc依据我国实测成果提出的岩爆推断：当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。XX隧道最大埋深达628m，本次依据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预料，最大垂直应力：σH=γh=26KN/m3×628m=16.3MPa最大水平应力：Hmax=7.36+0.0225×628=21.49MPa岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa岩体初始压力σ1=37.79MPa≥（0.15～0.2）Rc依据我国实测成果提出的岩爆推断：当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。此外，依据以往隧道发生岩爆阅历，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。XX隧道最大埋深达630m，本次依据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预料，最大垂直应力：σH=γh=26KN/m3×630m=16.3MPa最大水平应力：Hmax=7.36+0.0225×630=21.54MPa岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa岩体初始压力σ1=37.84MPa≥（0.15～0.2）Rc依据我国实测成果提出的岩爆推断：当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。此外，依据以往隧道发生岩爆阅历，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。XX隧道最大埋深达900m，本次依据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预料，为晋宁～澄江期花岗岩，现将推断叙述如下：最大垂直应力：σH=γh=26KN/m3×900m=23.4MPa最大水平应力：Hmax=7.36+0.0225×900=27.61MPa岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa岩体初始压力σ1=51.01MPa≥（0.15～0.2）Rc依据我国实测成果提出的岩爆推断：当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。此外，依据以往隧道发生岩爆阅历，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。各隧道存在岩爆可能性段落见下表。序号隧道名称桩号长度衬砌类型备注1左线XXZK118+710.00～ZK119+100.00390Ⅲ一般2ZK119+100.00～ZK119+140.0040Ⅲ停车带3ZK119+140.00～ZK119+503.00363Ⅲ一般4ZK119+635.00～ZK119+760.00125Ⅲ一般5ZK119+760.00～ZK119+800.0040Ⅲ停车带6ZK119+800.00～ZK120+320.00520Ⅲ一般7右线XXK118+660.00～K119+021.30361.3Ⅲ一般8K119+021.30～K119+061.3040Ⅲ停车带9K119+061.30～K119+508.00446.7Ⅲ一般10K119+640.00～K119+735.995.9Ⅲ一般11K119+735.9～K119+775.940Ⅲ停车带12K119+775.9～K120+175.00399.1Ⅲ一般13左线XXZK120+596.00～ZK120+797.00201Ⅲ一般14ZK120+925.00～ZK121+101.00176Ⅲ一般15ZK121+101.00～ZK121+141.0040Ⅲ停车带16ZK121+141.00～ZK121+726.00585Ⅲ一般17ZK121+726.00～ZK121+766.0040Ⅲ停车带18ZK121+766.00～ZK121+949.00183Ⅲ一般19DK122+082.00～DK122+346.00264Ⅲ一般20DK122+346.00～DK122+386.0040Ⅲ停车带21DK122+386.00～DK122+548.00162Ⅲ一般22DK122+901.00～DK122+971.0070Ⅲ一般23DK122+971.00～DK123+011.0040Ⅲ停车带24DK123+011.00～DK123+519.00508Ⅲ一般25右线XXZK120+565.00～ZK120+716.00151Ⅲ一般26ZK120+845.00～ZK120+984.80139.8Ⅲ一般27ZK120+984.80～ZK121+024.8040Ⅲ停车带28ZK121+024.80～ZK121+616.00591.2Ⅲ一般29ZK121+616.00～ZK121+656.0040Ⅲ停车带30ZK121+656.00～ZK121+915.00259Ⅲ一般31DK122+048.00～DK122+252.50204.5Ⅲ一般32DK122+252.50～DK122+292.5040Ⅲ停车带33DK122+292.50～DK122+528.00235.5Ⅲ一般34DK122+873.00～DK122+951.8078.8Ⅲ一般35DK122+951.80～DK122+991.8040Ⅲ停车带36DK122+991.80～DK124+480.00488.2Ⅲ一般37左线XXZK123+840.00～ZK124+453.00613Ⅲ一般38ZK124+453.00～ZK124+493.0040Ⅲ停车带39ZK124+493.00～ZK124+664.00171Ⅲ一般40ZK124+785.00～ZK125+115.00330Ⅲ一般41右线XXK123+860.00～K124+347.30487.3Ⅲ一般42K124+347.30～K124+387.3040Ⅲ停车带43K124+387.30～K124+688.00300.7Ⅲ一般44K124+808.00～K125+097.00289Ⅲ一般45左线XXZK125+375.00～ZK125+875.00500Ⅲ一般46ZK125+875.00～ZK125+915.0040Ⅲ停车带47ZK125+915.00～ZK126+000.0085Ⅲ一般48右线XXK125+360.00～K125+840.50480.5Ⅲ一般49K125+840.50～K125+880.5040Ⅲ停车带50K125+880.50～K126+000.00119.5Ⅲ一般4、岩爆的预防及处理方案4.1总体施工方案加强超前地质预报,对岩爆出现的可能性和等级进行预料,以便施工时提前实行相关措施防范。加强光面爆破，提高光面爆破效果，降低瞬发性的岩爆。加强初期支护，延缓岩爆应变释放的强度和频率。接受喷雾和高压水进行冲洗岩壁，进一步释放岩爆应变能量。4.2超前地质预报在施工时，可干脆依据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面产状用发育状况，岩体的裂开程度、岩石的变质程度、岩体强度及地质应力等，来对掌子面前方的岩体条件、产状及完整性进行预料，用以指导实行预防措施。超前超前预料处理措施效果监测矿山法预料地应力测试超前平导预料光面爆破初期支护超前应力释放高压力水冲洗喷砼开裂状况开挖净空监测图1：隧道岩爆区施工作业流程图另一方面，按设计要求，在进行隧道主体施工前，超前对平行导坑进行施工，然后依据平导施工收集到的地质信息、数据来对隧道主体施工岩爆发生的可能性进行预料。平导离主体隧道越近，预报越精确。本隧道平导距主体隧道30m，详细施工时，利用平导收集的地质信息、数据对隧道主体施工进行预料，同时，利用地质法收集到的信息对预料进行应证和订正。4.2.1超前探孔在隧道掌子面开挖地面以上1.5m位置,左右两侧各钻一孔,孔深5~6m,每2个循环交替钻进,通过钻探探明前方围岩地质表现,可以帮助推断高顶应力的状况。地质素描在开挖后对掌子面、左右边墙揭示的围岩产状、岩性等进行描述绘制上图,分析推断前方10~20m范围的围岩状况,每一个开挖循环都作地质素描,确保分析推断的连续性。4.3加强光面爆破限制，提高爆破效果(1)接受光面爆破技术，在中等以上岩爆区，周边眼间距限制在25cm以内，接受隔眼装药，堵塞炮泥，增加光爆效果，以达到开挖轮廓线圆顺。尽量避开凹凸不平造成应力集中，以达到减弱岩爆的发生。(2)调整钻爆设计，接受“短进尺，弱爆破”。改其为浅孔爆破，缩短循环进尺，削减一次用药量。拱部接受小药卷光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位间隔，从而延长爆破时间，削减对围岩的爆破扰动，削减爆破动应力的叠加，限制爆发裂隙的生成，避开由于爆破诱发岩爆，从而降低岩爆频率和强度。（3）预先在工作面有可能发生岩爆的部位有规则地打一些空眼，不设锚杆而注水，以便释放应力，阻挡围岩达到极限应力而产生岩爆。4.4加强初期支护略微岩爆区实施全断面光面爆破开挖，循环进尺不得超过4米，爆破、通风、找顶后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔5～10分钟，使开挖面充分潮湿，撒水喷头水柱不小于10米。打设洞壁环向应力释放孔：孔径Ø50mm，深3米，间距1.5×1.5m，挂网喷砼初期支护；必要时依据实际状况刚好和设计、监理沟通，实行加强支护：药卷锚杆间距由1.2*0.9调整为1.0*1.0，锚杆长度由2.5m调整为3.0m，或依据设计建议调整。中等岩爆区实施全断面光面爆破开挖，循环进尺不超过4m。必要时缩短循环进尺，调整为台阶法施工。爆破、通风、找顶后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔5～10分钟，使开挖面充份潮湿，撒水喷头水柱不小于10米。打设洞壁环向应力释放孔：孔径Ø50mm，深3米，间距1.5×1.5m。挂网喷砼初期支护；必要时依据实际状况刚好和设计、监理沟通，实行加强支护：药卷锚杆间距由1.2*0.9调整为0.8*0.8，锚杆长度由2.5m调整为3.5m，或依据设计建议调整。对于中等以上的岩爆洞段，在钻爆施工时，可在拱角、边墙及顶部加深钻打周边眼，然后向眼孔内喷灌高压水，对围岩进行软化，从而人为提前加快围岩的应力释放。眼孔超前深度可取2m。4.5超前应力释放对于中等以上的岩爆洞段，在钻爆施工时，可在拱角、边墙及顶部加深钻打周边眼，然后向眼孔内喷灌高压水，对围岩进行软化，从而人为提前加快围岩的应力释放。眼孔超前深度可取2m。4.6加强高压水冲洗在隧洞开挖后，洞内围岩岩体的应力状态被破坏，其岩体所储存的应变能一部分应随爆破开挖而释放出来，另一部分通过应力重组而逐步形成其次应力场。而在洞壁四周一些突出开裂岩块，还存在确定残余应力，该残余应变能在确定的时候，会通过岩爆这种形式释放出，从而给施工带来确定潜在威逼。在开挖后，应刚好的用锚喷用高压风水对围岩壁进行冲洗。一方面可部分消抵掉岩块中储存的应变能量，另一方面可变更岩块的物理力学性能，降低其弹性模量。4.7加强效果检测岩爆洞段在施工时，按以上措施处理后，还需紧密追踪检测处理效果，以便调整处理的力度和强度，从而进一步确保施工平安。4.8岩爆发生时的处理措施（1）设临时防护网：主要是防止飞石伤人和砸坏机具。（2）待避及清除浮石：在岩爆比较猛烈的时候，应在平安处躲避一段时间，待避到宁静时为止；洞顶的岩爆松石要清除掉。（3）喷雾射水：岩爆后立刻向工作面及工作面以后确定距离的隧道周边进行喷雾和高压冲洗，以适当变更岩石力学性质，降低岩石的脆性，将需释放的能量转变为热能。（4）加强施工支护工作在爆破后立刻向拱部及侧壁喷射混凝土，再按要求增加加设锚杆及钢筋网。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能削减岩层暴露的时间，削减岩爆的发生和确保人身平安，必要时可实行跳段衬砌。同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立刻进行支护，以防发生事故。（5）对发生岩爆的地段，可实行在岩壁切槽的方法来释放应力。以降低岩爆的强度。（6）在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工平安。（7）施工中加强高地应力地段围岩量测工作,每5m设置一个量测断面,每个断面在路面以上1.5m、5m位置各设一条水平测线、拱顶设一个测点,开挖时刚好将量测桩埋好,做好拱顶下沉和水平收敛量测,尽早取得初始量测资料,真正起到指导施工的作用。照实记录开挖面和初期支护量测数据,依据围岩量测结果不断调整、优化施工方案,确保顺当通过高地应力地段。4.9、岩爆防护开挖台架为确保现场作业人员在掌子面钻孔装药、初期支护过程中的平安，特对开挖作业台架进行特别设计，避开岩爆发生时拱顶掉石对人员造成确定损害。图2：岩爆防护台架纵断面图图3：岩爆防护台架横断面图5、平安防护措施5.1成立岩爆预防及救援小组项目部成立岩爆预防及应急响应指挥小组，负责岩爆预防技术和应急救援指挥、协调工作。组长：副组长：成员：详细分工如下：组长：负责本项目应急救援的现场组织和指挥工作，。副组长：帮助组长负责应急救援的组织和指挥工作。工程部：负责探讨制岩爆限制措施，探讨制定抢险措施并付诸实施。安质部（应急办）：负责现场岩爆隐患的预料工作，在接到岩爆警报后上报岩爆限制及救援小组。物机部：保障设备、物资的调配，保证后勤物资供应。财务部：供应资金支持。办公室及调度室：负责进行对外联络、车辆调配工作，组织救援伤者及护送、转院等详细工作，并调动本公司人员进行现场救援。作业队：负责岩爆段限制措施的作业实施。5.2平安防护措施（1）给施工人员配发钢盔、防弹背心；对主要施工设备安装防护棚架；掌子面架设移动防护架，防止岩块飞出伤人，有效地爱惜人员及设备平安。（2）加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时刚好躲避。组织特地人员全天候巡察警戒及监测。岩爆一般在爆破后2h左右比较激烈，以后则趋于缓和，多数发生在0～50m范围和掌子面处。从地质方面来看，岩爆发生的地段有其相像的地层条件和共性条件，使短距离的预报成为可能。听到围岩内部有沉闷的响声时，应尽快撤离人员及设备。特别是猛烈岩爆地段，每次爆破循环后，作业人员及设备均应刚好躲避一段时间，待岩爆基本宁静后，立刻洒水喷混凝土封闭岩面，以保证后序作业的进行。巡察、警戒人员要对岩爆段，特别是猛烈岩爆段岩石的变更细致视察，发觉异样刚好通知，撤离施工人员及设备，以保证平安。（3）加强对施工人员岩爆学问教化。强化