隧道岩爆施工方案

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

判断岩爆发生的应力条件

63.4

地应力计算与隧道岩爆预测

63.4.1XX

.......................................................................................... 63.4.2XX

.......................................................................................... 63.4.3XX

.......................................................................................... 73.4.4XX

.......................................................................................... 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

114.2.2

地质素描

114.3

加强光面爆破控制，提高爆破效果

114.4

加强初期支护

124.4.1

轻微岩爆区

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、安全防护措施

155.1

成立岩爆预防及救援小组............................................................

155.2

安全防护措施

165.3

洞内作业安全技术措施................................................................

175.3.1

钻爆作业安全措施

175.3.2

人员及机械防护措施..............................................................

185.3.3

洞内作业救援逃生措施

18

1.1

编制依据⑴、《XXXXX

标招标图》；《XXXXX

⑵、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安全技术规程；⑶、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定；⑷、现场详细的施工技术调查资料；⑸、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⑴、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。⑵、按照公路工程施工程序，合理安排施工进度，保证质量，确保按期完工，节约资源，保护环境，取得社会和建设单位信誉。⑶、坚持科学性、先进性、经济性与合理性、实用性相结合的原则，采用先进的施工技术、科学的组织方法，合理安排施工。⑷、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。积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料、新测试方法，采用国内外先进、成熟、可靠的方法和工艺，优化施工方案，实现安全、质量目标。⑸、坚持以人为本，安全生产的原则。施工生产活动始终把人的健康安全放在首位，严格执行GB/T28001-2001

职业健康安全管理体系，认真编制施工安全技术方案，加强过程控制，落实保证措施，保证安全生产投入，实现安全生产。⑹、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

合同段所有隧道弱岩爆段。

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

7237m/3.5

XX1883m、XX3126m、XX1482m、XX746m

48

个月。2.2

隧道主要工程量

施工前除采取仪器测定外，应对岩爆有个基本的辨识，在施工过程中及时发现、及时采取应对措施，确保施工安全。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重破坏、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。

轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可发生石块弹射、冒落和突出等灾害。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附近。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，它与开挖方式及支护措施有直接相关。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，能储存一定的应变能量。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）

围岩坚硬新鲜完整，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(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）开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化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。岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。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 判断岩爆发生的应力条件用天然应力中的最大主应力

σ

1

与岩块单轴抗压强度

Rc

之比进行判σ

1/Rc>0.165～0.35(或

Rc/σ

1>6.06～2.86)的脆性岩体最Rc/σ

1

=

4~

7

为高地应力,

Rc/σ

1

<

4

3.4

地应力计算与隧道岩爆预测隧道最大埋深达

513m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，最大垂直应力：σ

H=γ

h=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σ

1=34.00MPa≥（0.15～0.2）Rc根据我国实测成果提出的岩爆判断：当σ

1≥（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。隧道最大埋深达

628m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，最大垂直应力：σ

H=γ

h=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σ

1=37.79MPa≥（0.15～0.2）Rc根据我国实测成果提出的岩爆判断：当σ

1≥（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，根据以往隧道发生岩爆经验，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。隧道最大埋深达

630m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，最大垂直应力：σ

H=γ

h=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σ

1=37.84MPa≥（0.15～0.2）Rc根据我国实测成果提出的岩爆判断：当σ

1≥（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，根据以往隧道发生岩爆经验，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。隧道最大埋深达

900m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，为晋宁～澄江期花岗岩，现将推断叙述如下：最大垂直应力：σ

H=γ

h=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σ

1=51.01MPa≥（0.15～0.2）Rc根据我国实测成果提出的岩爆判断：当σ

1≥（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，根据以往隧道发生岩爆经验，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。

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与等级进行预测,以便施工时提前采取相关措施防范。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。采用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，可直接根据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面产状用发育状况，岩体的破碎程度、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测，用以指导采取预防措施。

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，然后根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测。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体施工进行预测，同时，利用地质法收集到的信息对预测进行应证和纠正。

超前探孔在隧道掌子面开挖地面以上1.

5

m

位置,

左右两侧各钻一孔,

孔深

5~6

m,

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情况。

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,

分析判断前方10~

20

m

范围的围岩情况,

每一个开挖循环都作地质素描,

确保分析判断的连续性。4.3

加强光面爆破控制，提高爆破效果(1)采用光面爆破技术，在中等以上岩爆区，周边眼间距控制在

25cm以内，采用隔眼装药，堵塞炮泥，增加光爆效果，以达到开挖轮廓线圆顺。尽量避免凹凸不平造成应力集中，以达到减弱岩爆的发生。(2)循环进尺，减少一次用药量。拱部采用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，减少对围岩的爆破扰动，减少爆破动应力的叠加，控制爆发裂隙的生成，避免由于爆破诱发岩爆，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，阻止围岩达到极限应力而产生岩爆。4.4

加强初期支护

轻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，使开挖面充分湿润，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

1.5×1.5m

1.2*0.9

调整为

1.0*1.0长度由

2.5m

调整为

3.0m，或依据设计建议调整。

中等岩爆区

4m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，使开挖面充份湿润，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；必要时根据实际情况及时与设计、监理沟通，采取加强支护：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第二应力场。而在洞壁四周一些突出开裂岩块，还存在一定残余应力，该残余应变能在一定的时候，会通过岩爆这种形式释放出，从而给施工带来一定潜在威胁。在开挖后，应及时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，另一方面可改变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安全。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，应在安全处躲避一段时间，待避到平静时为止；洞顶的岩爆松石要清除掉。（3）喷雾射水：岩爆后立即向工作面及工作面以后一定距离的隧道周边进行喷雾和高压冲洗，以适当改变岩石力学性质，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即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。同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以防发生事故。（5）对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。以降低岩爆的强度。（6（7）施工中加强高地应力地段围岩量测工作,

每

5

m

设置一个量测断面,

每个断面在路面以上

1.

5

m、5

m

位置各设一条水平测线、拱顶设一个测点,

开挖时及时将量测桩埋好

,

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。如实记录开挖面和初期支护量测数据,

根据围岩量测结果不断调整、优化施工方案,

确保顺利通过高地应力地段。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、初期支护过程中的安全，特对开挖作业台架进行特殊设计，避免岩爆发生时拱顶掉石对人员造成一定伤害。30001439 P18P19伸缩油缸

P13顶棚滑道2220022

1820

1820

1820P16

P17P30000

10906580

2781

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：具体分工如下：组 副组长：协助组长负责应急救援的组织和指挥工作。工程部：负责研究制岩爆控制措施，研究制定抢险措施并付诸实施。上报岩爆控制及救援小组。物机部：保障设备、物资的调配，保证后勤物资供给。财务部：提供资金支持。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、转院等具体工作，并调动本公司人员进行现场救护。作业队：负责岩爆段控制措施的作业实施。5.2

安全防护措施（1掌子面架设移动防护架，防止岩块飞出伤人，有效地保护人员及设备安全。（2）加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时及时躲避。组织专门人员全天候巡视警戒及监测。岩爆一般在爆破后

2

h

左右比较激烈，以后则趋于缓和，多数发生在

0～50

m

范围和掌子面处。从地质方面来看，岩爆发生的地段有其相似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。特别是强烈岩爆地段，每次爆破循环后，作业人员及设备均应及时躲避一段时间，待岩爆基本平静后，立即洒水喷混凝土封闭岩面，以保证后序作业的进行。巡视、警戒人员要对岩爆段，特别是强烈岩爆段岩石的变化仔细观察，发现异常及时通知，撤离施工人员及设备，以保证安全。（3）加强对施工人员岩爆知识教育。强化作业人员安全纪律教育以及岩爆常识、防护知识的学习；严格执行有关技术和安全操作规程；危险地段增设照明并设醒目标志。5.3

洞内作业安全技术措施

钻爆作业安全措施钻眼前，检查工作环境的安全状态，待开挖面清除浮石以及瞎炮处理完毕后方可进行钻眼作业；凿岩机的支架，在碴堆上钻眼时，应保持碴堆的稳定；用电钻钻眼时，不得用