xx高速公路xx隧道岩爆防治施工技术

xxxx高速公路xx隧道岩爆防治施工技术岩爆是高地应力条件下隧道等地下工程洞室开挖施工过程中,因开挖卸荷引起周边围岩产生应力分异作用,储存于硬脆性围岩中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷性等破坏现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全,影响工程进度,已成为世界性的地下工程难题之一。根据现状,将岩爆烈度划分为轻微、中等、强烈、剧烈4级(表1),其中σθ/Rb的对应关系是经大量工程实例测试总结所得。脖岩爆烈度熟级别葛轻微岩爆核中等岩爆傻强烈岩爆竭剧烈岩爆质主要分级窝依据恼围岩表层感有爆裂脱趴落、剥离米现唐象浴,蜘内部有噼傍啪、撕裂忧声途响固,越σ威θ割/R悼b撤≈呼0.3~统0.5踢,哈对施工影倘响较小惰爆裂脱落默、剥离现柏象较严常重撒,巩有弹赌射吊,过可听见清变脆的爆裂傅声在,凶有一定持亏续时倡间该,旦影响深度炕可矿达烧1猎m削左茄右麦,小σ总θ凳/R锄b觉≈余0.5~居0.7泼,磁对施工有踢一定影响留强烈的爆易裂弹惜射陆,桂有似机枪御子弹射击寸声饱,列岩爆具延尤续顿性逼,璃并向围岩恒深部发围展户,穴影响深度丽可纸达岛2禾m傍左穷右刚,绪σ膏θ粮/R翠b油≈瓜0.7~毕0.9冠,统对施工影容响较大狠剧烈的爆宇裂弹射甚王至抛掷性汗破端坏卷,相有似炮弹到巨响灭声演,之岩爆具突踢发出性增,联并迅速向寄围岩深部尿发猎展卷,虑影响深蛇度税3炼m巴左纷右主,读σ供θ皮/R它b桑大广于霜0.9位,跑严重影响另甚至可以功摧毁工程表1岩爆烈度分级注:Rb为洞壁岩石的单轴抗压强度(MPa)；σ为围岩切向应力。xx高速公路是xx省第一条交通部典型示范工程，所辖合同段范围内全为山岭重丘，共有长短隧道5条，其中xx隧道为左右分离式曲线特长隧道，是全线最长、施工难度最大的一条隧道。1工程及地质概况1.1地理位置xx隧道位于xx县xx镇与xx乡交界处的xx，位于所建公路23km处，隧道进口距唯一通道—G205国道约2.7公里，且无任何交通便道，沿线均为山岭、沟谷，距进口越近地势愈加陡峭，交通极为不便。位于线路里程桩号SK33+000交界处的G205国道是距出口最近的也是唯一的通道，国道通往古楼村的乡村小道约3公里长，经过整修可以作为大型机械进出和隧道施工出渣的便道，从古楼村到隧道出口约3公里长仅能容小型农用机械进出，古楼村系连接出口和G205国道的枢纽地，为出渣和施工用物资进场的中转站，交通极为困难。1.2隧道规模及地质条件xx隧道位于分离式路基段，隧道左右线均位于曲线上。左线隧道全长3325m，右线隧道全长3380m。隧道穿越主要围岩级别为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ级三种围岩，隧道主洞限界净宽10.25m，限界净高行车道5m，检修道2.5m。洞室垂直埋深550～1615m，水平埋深为500～800m。围岩为花岗岩，岩体呈微风化～新鲜状态，次块状结构，判定以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，成洞条件较好。因埋深较大，围岩坚硬干燥，在实际施工中，隧洞出现了不同程度的岩爆，累计记录达400余次，造成了砸坏机械、砸伤作业人员和停工停产等严重事故。2xx隧道岩爆的特征根据现场调查，按岩爆的强烈程度可把岩爆分为轻微、中等和强烈三级。轻微岩爆28段(总长为1124m)，多呈小规模零星分布，以破裂剥落型为主；中等岩爆11段(总长为650m)，呈较大规模的连续分布，为弹射型和破裂剥落型；强烈岩爆4段，累计长度为120m，呈大规模连续分布，为强烈弹射型，并造成围岩大面积开裂失稳。从发生岩爆的岩性看，所有43段岩爆中，除一段(10m)发生在混合片麻岩中，其余岩爆均发生在花岗岩中。花岗岩节理不发育，岩体多呈巨块状整体结构或大块状砌体结构，几乎所有岩爆段的岩体都呈干燥无水状态。从岩爆段的垂直埋深看，最大埋深为1615m，最小埋深仅550m，但4段强烈岩爆深埋都在900m以上，轻微和中等岩爆可发生在任何埋深。岩爆在隧道断面上主要分布在两侧拱部，个别段发生在两侧边墙，4段强烈岩爆发生在整个断面。从爆落的岩体看，爆落的岩块有薄片状、透镜体状、板状和块状，大小差别很大，小至数厘米，大至几米。轻微岩爆的爆块以薄片状居多，中等岩爆多为片状和透镜状爆块，大小不等，最大块长2.68m，在强烈岩爆中，各种形状的爆块均有，最大爆块长3.62m。从岩爆坑的形态看轻微岩爆爆坑不明显，中等和强烈岩爆留下相当明显的岩爆坑。对于纵向延伸较短的岩爆段，岩爆坑常呈“锅底状”，对于纵向延伸较长的岩爆段，岩爆坑断面多呈三角形、弧形或梯形的长槽状，长度几米至数十米，最宽4m，最深2m。岩爆坑边缘多为阶梯面，其中一组破裂面与开挖洞壁基本平行，与洞壁夹角为0°～5°，表现为明显的张性破裂；另一组与洞壁斜交，与洞壁夹角为20°～25°，表现为张剪破裂。前一组爆裂面以沿片麻理形成的新鲜破裂面为主，少数迁就原生裂隙面，后一组爆裂面多为新鲜破裂面。岩爆块断面电镜扫描分析表明，岩爆破裂面以张性为主，局部有剪切破裂的现象。从爆裂声方面看，有强有弱，有的沉而闷，有的清而脆。总体看来，声响如闷雷的岩爆规模较大，而声响清脆的规模较小，有的伴随着声响可见破碎处冒岩灰。绝大部分岩爆伴随着声响发生，既使在施工干扰下，也能听到围岩内部的爆裂声。拖从弹射程球度上看，遮其岩爆基涌本上属于勒弱弹射和泛无弹射两胜类。一般凯洞室岩爆油属于弹射村类，其弹珠射距离小值于锁2召m陕，杯为虫0.第8怪～脸2北m芦不等；靠客山侧下部质岩爆属于喂无弹射类馅，仅仅是判将岩面劈乒裂形成层钩次错落的比小块或脱大离母岩滑昌落的大块酸岩石，且晶可以明显泪地观察到疑围岩内部雕已形成空舍隙场。包3桥xx猛隧道岩爆距的分布规键律叙在皂x旱x判隧道圾中，岩爆狸发生点统刃计如下：沿表燃2阶屈岩爆发生撇点统计表刑离掌子面餐距离喷部驶捞斤位鲜1~学10m馋10~2鼻0m映20~3茅0m盟30~4川0m轰40~5悬0m爱>50m范拱部武27纳21骗9则5匹2籍1旋墙身巨16琴14蔽8位4后1地0手底板画3层2庸0虹0典0份0碗小计踏46呢37飞17羊9臣3堵1辈图张1糟良岩爆发生律次数与离旁掌子面距更离关系图岩爆发生点离掌子面距离（m）岩爆发生点离掌子面距离（m）岩爆发生次数（次）烦通过分析扩我们得到徐以下几个搜规律：暑(规1)从岩爆段岩在体表面十掀分干乡燥寻,缠并具有地概下水的部挑位则不发光生岩爆活化动的现象躁。畏(等2)漏岩爆活动浅在隧道拱解顶和两侧不边墙部位多较为强怀烈居,序经常造成妨通风设施纲和照明线寨路的破坏俩和人员设脚施的损局伤货,帝危害性较糠大。停(3绩)萝岩爆区段枕的洞室垂羊直埋深在芝7介5拜0稳～鸦13阿00患m招之间。河守谷下切，系岸坡陡峻词的地形亦亦可能形成劳较高的地工应资力街(犯尽管侧向吴埋深不共大懒)新。丽(忘4素)丑岩爆均发秩生在圆型氏洞室拱顶药偏河床捞侧棒10侧°而～牌70滚°遇范围内和妹洞室断面会下部靠山崭侧与之对坊称的部位眉，以及大评体与山坡匠平行线相跨切的位置伏，而在靠报山侧上部农和靠河床钢侧的下部谜均未发生排岩爆麦。眨(留5墨)乞岩爆频率益与距掌子兴面距离存城在一定的满联系，通谨过记录到俱的岩爆资踢料分析得院知，岩爆统有两个高膜发区。第扛一个高发樱区是在距诸掌子依面咱2春～旅3崖m转以内，往超后逐渐减革少，蚂至孟1盘倍洞径跨面处逐渐增篇加极到与1.乞2压～唯1.重5叫倍洞径处骂形成第二床个高发区疗，随后逐槐渐减弱；稀但也有距隶掌子面数载百米距离押发生岩爆渐的例子，秘其最大距迟离达锤41勒1竹。笨4短xx挠隧道岩爆港防治措施稿根据对岩领爆产生原是因的分析躲，我们制脚定了以下宿防治措帮施励:猛4.1设废前期资料沫研究、地估质预测预姓报及监控方量测乡“类预防为主喊，加强监祝测栋”缴，在前期听认真研究生设计资料屡，找出可邻能发生岩湾爆的大致赖地段，然贡后根据开旅挖后的地阳质情况进迈行力学分象析，判断性有无可能泊发生岩爆奋，对隧道亡地貌进行本分析，看陪隧道附近馆有无应力显集中的地逃貌。后期清采用钻孔塌法、地震忌波预测法疼或声发跳射悔(A-E而)暖法进行探啦测，同时花辅以监控疼量测，做菌好超前地估质预猾报许,混提前做好狐防范工作亡。兄4.2扒枪超前应力弓解除籍在主应力风方向及洞因壁方向，瘦打超前应管力释放孔欠或预切槽隆法，开挖唉时可采取抄分步开挖赏。这钳样腊,邻就可人为悟地主动给书岩体提供匹一定的变侮形空僵间属,宜使其内部粥的高应力凑得到有效拖降枕低霸,偶从而达到腹预防岩爆窄的目的，炎释放出岩耳石部分应怪力。义4.3玩择喷、注高事压水降低山岩体强度预在工作面螺和附近洞圾壁上打茄孔甲,丽也可利用罚炮眼孔和烧锚杆奖孔东,愉向岩层表痕面喷水和肠向深部岩军体注击水紫,窗使水渗到慎岩体的内蛙部空隙嘉中倍,界降低岩石县强度和弹扔性模畅量踪,俩提高岩体译塑性变形档能敌力顽,炊减缓岩爆味。响炮后美尽快向碴鲜堆、洞壁游、掌子面虫喷水，以抱降低岩爆澡的剧烈程敞度。型4.许4妈选择合适幕的开挖方含式风由于岩爆窝是高应力颤集中的结值果贡,狐因腊此注,雨可采用钻袭爆座法励(之钻孔爆破漆卸载攻法喜)瑞使高度集土中区的应助力得以部爸分释放或踏转移。然扇而由于重膨复爆破振源动瓜,亦对掌子面恨前方一定始范围内的某围岩仍起炎到一定破圈坏作紧用乌,虏因蜓此秃,缩建议降低元起爆用药跪量作,等提高光面辣爆破效甩果牲,艳使开挖面倦尽可能圆钉顺一着些揪,贤避免局部响应力集中帅。通过控翻制爆破改半变洞室形菊状，提高瑞爆破质量犯搞好光面演爆破，以资改善洞壁斥应力分布涝，控制岩席爆的发生码。图4.5享乌增设临时或防护设施稼在台车和策其它设备构上安装防想护网、防长护棚各架危,盟在开挖工卫作面附近艰的岩爆部邀分加挂铁参丝怨网读,总防止岩爆卡时发生弹如射和岩块枣坠落伤人谨和损伤机帅具设备。圆4.6升双加强临时么支护江采用喷砼薪、喷钢纤唱砼、锚杆漫加密加长旋加挂钢筋盟网、增加感钢支撑等裁措座施嫂,茂提高临时债支护效透果达,谨可明显提畏高岩爆施箱工段的安吸全度。御4.7挑枣选择适宜侧的锚杆类饱型及锚杆细的长度和誓密度每锚杆的类碰型有多逆种括,百如砂浆锚哨杆、树脂幻锚杆、迈座式锚杆、狠缝管式锚父杆等。一汉般在重岩纪爆区以选证择摩擦力术、膨胀力犯大的锚杆剩为宜。锚技杆的长度烫和密度应鲁根据一般控发生部位成的围岩结于构条件、敢岩爆的强间烈程度确学定。边墙乎和拱顶锚透杆长度一姑般林为只1.5牙~候3.5搅m拒,钻间距屿为猴1.5糟~头2.0放m地,向梅花形布驱置。若开刻挖医面兆(鸟掌子鸣面筒)依发生岩绩爆文,皮该处锚杆乌要适当加章长酬,子原则上是贤每一循环驻进尺的两辰倍士,汤以便在一喘次艳循环后仍密有一米的阴锚杆存留植在岩体从中痒,开对开挖面码继续起着头加固作贝用邀,略密度一峰般停2筝至怨3读米一根。接锚杆主要犬安装在可舰能发生岩氧爆和岩爆级频繁发生卷的部回位茧,没安装方向垃应尽量垂崖直洞壁面堤和开挖面染。岩爆严高重地段锚苹杆应加托泻板。锚杆称安装的时添间微,祸对于放炮薯后拱部即靠发生岩爆么的区贩段副,捏应在该循藏环打炮时将在开挖面栽边缘沿开酷挖方向打洲斜向上的乌超前锚尸杆董,挖放炮后再哲及时增加型垂直洞壁不锚鸡杆部,霉对于滞后密型岩上爆淘,胀可在放炮化出渣后在难可能发生井的岩爆部种位安装垂状直洞壁锚差杆。呀4.助8程格栅拱架助与锚杆、犬锚喷网联怖合支护冤在中等或时强烈岩爆础活动部著位孟,练采用格栅晓拱架、锚尚杆、锚喷辅网联合支亿护夫,石可有效地呈提高结构妨的整体支删护能戴力粗,禾同时施作知网喷桐砼贩,矛可以防止脏碎块的弹技射和塌落卧。孙4.9离烤改善施工飘方法愈在掘进施招工中短进炎尺、多循宪环作业过描程踢中畏,裁惭改善围岩辛应力状态我，应及时商支茶护租,破以尽量减蹄少岩体暴脉露时间和星面希积录,照可防止或棍减少岩爆柴发生。设在岩爆严览重地窗段油,伞将全段面营一次开挖吃改为分部粒开记挖日,贸可以使应监力逐步释器放稠,废同时将深如孔爆破改光为浅孔爆腾破脖,旗以减少爆治破对围岩挥的扰肥动候,浙达到降低御岩爆危害税程度的目技的。犯4.10毅壤待避匹在岩爆较田为猛烈的燃时破候侧,屋为防止飞死石伤罗人勺,哀可在安全如距离躲避光一段时样间微,脾直到岩爆拼平静为止氧。还可通请过岩爆监韵测方法来肝确定待避辉时间。刊4.11吸折现场管理秆措施之对车辆机晌械易损部甩位和驾驶牢室上部加肚焊钢结构锅防护棚推。脑室施工人员膛配带钢盔挥和防弹背躬心握,逆对管理人岛员和施工痕人员加强附岩爆知识暖教鸟育脂,潜严格执行宜隧道施工我的安全规酷定董,助强化个人烟防护意识丝。液5文xx居隧道岩爆扔防治措施稠效果对比谁表尼3荷喇岩爆防治怎措施效果鸭评价表正岩爆防治面措施惯防治效果星评价忆1仗4.舒1宾前期资料嗓研究、地啦质预测预填报及监控鸡量测祥对岩爆的俘发生有预比测意义，券对下一步粪施工有指父导意义绳2蛇4.2而识超前应力辅解除条采用后效拔果明显而源且安全，潜但成本增港加较大，撞施工干扰易大，严重耐影响施工牵进度，一辫般仅在强芹烈型岩爆邪中采用德3狂4.3鹊进喷、注高华压水降低沈岩体强度摔岩爆减少症不明显，咸发现效果苗一般服4蒙4.锻4残选择合适苹的开挖方纽式乳岩爆减少驾不明显，肃发现效果肯一般苦5正4.5美析增设临时明防护设施裹简单实用斩，但对弹肥射型岩爆窗效果差羡6盈4.6脸安加强临时填支护却效果明显术，但对强陵烈型岩爆艘效果差，始成本增加慎较大，自柿身施工不杰安全，对添前期岩爆毒意义不大愉7误4.7骂