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。禁岩爆烈度级别孝轻微岩爆捡中等岩爆矩强烈岩爆值剧烈岩爆俯主要分级依据聪围岩表层有爆丝裂脱落、剥离随现河象红,惩内部有噼啪、定撕裂声香响荣,敬σ过θ杨/R牲b兄≈嫂0.3~0.行5法,末对施工影响较霉小药爆裂脱落、剥惰离现象较严蚕重眯,秀有弹雨射愿,赢可听见清脆的湿爆裂骗声顺,毕有一定持续时引间屑,源影响深度可恋达掀1纷m借左术右乡,辨σ寿θ展/R间b多≈袄0.5~0.福7服,丽对施工有一定暴影响莫强烈的爆裂弹磁射欢,霞有似机枪子弹闸射击炉声宁,草岩爆具延续磨性聋,庸并向围岩深部妙发汗展痒,妄影响深度可惰达略2永m利左灶右怪,泰σ覆θ蒸/R任b泰≈乳0.7~0.请9突,相对施工影响较砖大悟剧烈的爆裂弹争射甚至抛掷性血破辩坏绑,白有似炮弹巨响思声琴,偏岩爆具突发浊性舍,颠并迅速向围岩平深部发须展技,置影响深壶度珠3由m热左扑右税,率σ世θ尾/R烦b龙大秘于绑0.9养,和严重影响甚至汉可以摧毁工程表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。颂从爆裂声方面域看，有强有弱洁，有的沉而闷漆，有的清而脆锐。总体看来，扯声响如闷雷的疾岩爆规模较大姜，而声响清脆忧的规模较小，母有的伴随着声种响可见破碎处例冒岩灰。绝大宋部分岩爆伴随雾着声响发生，久既使在施工干非扰下，也能听沉到围岩内部的司爆裂声芒。扑从弹射程度上鼠看，其岩爆基纲本上属于弱弹它射和无弹射两玉类。一般洞室院岩爆属于弹射像类，其弹射距妈离小于画2m轨，卡为愁0.立8讨～拐2m哨不等；靠山侧井下部岩爆属于曲无弹射类，仅习仅是将岩面劈残裂形成层次错缝落的小块或脱燥离母岩滑落的驱大块岩石，且斤可以明显地观慧察到围岩内部毫已形成空隙颗。乓3道xx鼻隧道岩爆团的分布规律闯在驳xx正隧道疤中，岩爆械发生点统计如月下：炒表半2鸣激岩爆正发生点统计表右离掌子面距离模部纲霞位乎1~孩1毫0m矛1终0~派20琴m单2留0~锹3匪0m帝3痛0~觉4牧0m铃40屡~爽50揉m愉>鸽50m黑拱部喷27夸21缴9代5拍2群1统墙身先16蹲14破8揉4涛1粥0坡底板幼3清2宣0恼0身0熟0景小计西46占37鸽17飞9网3旅1浑图话1燕奖岩爆盼发生次数与离芽掌子面距离关狂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）安通过分析我们跑得到减以下几个规律若：恨(绳1)蜘岩爆段岩体表录面十分干庸燥慨,谈并具有地下水物的部位则不发粒生岩爆活动的虽现象。慌(序2)罚岩爆活动在隧外道拱顶和两侧糖边墙部位较为乓强勺烈辆,辉经常造成通风长设施和照明线喝路的破坏和人碧员设施的损餐伤糟,宇危害性较大。铁(俭3)励岩爆区段的洞由室垂直埋深在概7雨5挂0绕～英1奇3站00m爽之间。河谷下辜切，岸坡陡峻扯的地形亦可能幕形成较高的地咐应冬力虑(造尽管侧向埋深烧不歌大暑)桨。腥(恋4途)谈岩爆均发生在币圆型洞室拱顶仅偏河床删侧较10牛°屿～摔70肤°缺范围内和洞室警断面下部靠山蜻侧与之对称的讲部位，以及大仿体与山坡平行为线相切的位置狐，而在靠山侧迈上部和靠河床毯侧的下部均未敌发生岩爆叛。湖烘偶质(潮5碍)岔岩爆频率与距渗掌子面距离存污在一定的联系页，通过记录到眠的岩爆资料分收析得知，岩爆臭有两个高发区屠。第一个高发突区是在距掌子党面继2畅～岂3m刺以内，往后逐丰渐减少，梅至边1胳倍洞径跨处逐代渐增加熊到刚1.迎2叙～谱1.级5渣倍洞径处形成生第二个高发区乱，随后逐渐减斧弱；但也有距坛掌子面数百米凉距离发生岩爆得的例子，其最胳大距离达淘41爬1众。隐4谜xx节隧道岩爆李防治措施轻根据对岩爆产截生原因的分析银，我们制定了赠以下防治措沙施万:语4.1泛赤前期资料研究雨、猛地质段预测预报楼及监控量测钩“更预防为主，加往强监应测尸”揉，延在前期哗认真研究设计拐资料，找出可助能发生岩爆的接大致地段竭，以然后快根据开挖后的侮地质情况进行屠力学分析，判认断有无可能发岗生岩爆鸡，浴对隧道地貌进欠行分析，看隧酸道附近有无应票力集中的地貌辛。撤后期殿采用钻孔法休、地震波预测诉法座或节声发换射得(触A巡-辨E预)林法检进行探测龟，杜同时辅以监控党量测，条做好超前地质惕预骤报级,雪提前做好防范班工作爬。团4趋.川2罢涌超前应力解除贪在主应力方向达及竹洞壁惊方向，打超前范应力释放孔内或预切槽法，墨开挖时可采取虫分步开挖。这勒样庆,耽就可人为地主疲动给岩体提供习一定的变形空锻间撒,块使其内部的高港应力得到有效良降赚低密,宴从而达到预防坊岩爆的目的，男释放出岩石部酒分应力。饱4练.厚3誉调喷、注高压水腥降低岩体强度丰在工作面和附叼近洞壁上打搜孔愧,尼也可利用炮眼贷孔和锚杆府孔贯,餐向岩层表面喷益水和向深部岩狱体注蛛水尺,喝使水渗到岩体凉的内部空隙壤中缘,抄降低岩石强度兵和弹性模卸量槽,绸提高岩体塑性决变形能闸力去,吧减缓岩爆。汉响炮后尽快向嘉碴堆、洞壁、贱掌子面喷水，即以降低岩爆的勿剧烈程度。焰4.4券选择合适的开道挖方式引由于岩爆是高跟应力集中的结阿果宅,鸭因页此勾,袭可采用钻爆输法塔(齐钻孔爆破卸载西法坡)摔使高度集中区砖的应力得以部把分释放或转移拐。然而由于重限复爆破振四动动,添对掌子面前方印一定范围内的脏围岩仍起到一杆定破坏作毕用铅,饼因丹此幸,炕建议降低起爆键用药狸量泄,兰提高光面爆破不效意果洽,蜻使开挖面尽可煌能圆顺一低些采,卵避免局部应力董集中。淡通过控制爆破倍改变洞室形状僚，提高爆破质哑量搞好光面爆猜破，以改善洞派壁应力分布，般控制岩爆的发数生。横4.5搜孟增设临时防护酿设施哨在台车和其它削设备上安装防名护网、防护棚伴架浇,排在开挖工作面对附近的岩爆部昏分加挂铁丝逼网碑,址防止岩爆时发咳生弹射和岩块灵坠落伤人和损适伤机具设备。发4.6织纲加强临时支护猾采用喷砼、喷手钢纤砼、锚杆密加密加长加挂貌钢筋网、增加飘钢支撑等措川施径,灌提高临时支护颂效洽果对,茫可明显提高岩岛爆施工段的安联全度。僚4.7善界选择适宜的锚抹杆类型及锚杆检的长度和密度排锚杆的类型有用多纱种辣,凯如砂浆锚杆、错树脂锚杆、迈询式锚杆、缝管运式锚杆等。一树般在重岩爆区轰以选择摩擦力殃、膨胀力大的请锚杆为宜。锚膀杆的长度和密环度应根据一般宜发生部位的围荣岩结构条件、乳岩爆的强烈程揉度确定。边墙攀和拱顶锚杆长鹊度一般栽为略1.5畜~帜3.5m砖,渡间距蒜为湾1.5罚~屑2.0m嘱,滑梅花形布置。拣若开挖回面尘(骡掌子挑面蹲)速发生岩机爆稿,雄该处锚杆要适会当加汤长递,雄原则上是每一欧循环进尺的两研倍爽,辨以便在一次栽循环后仍有一拔米的锚杆存留拥在岩体费中淘,抹对开挖面继续糠起着加固作霸用赔,次密度一柜般衫2唱至险3靠米一根。锚杆朴主要安装在可誉能发生岩爆和齿岩爆频繁发生幕的部专位五,既安装方向应尽为量垂直洞壁面炸和开挖面。岩削爆严重地段锚衡杆应加托板。学锚杆安装的时饭间扰,乘对于放炮后拱牧部即发生岩爆浪的区抖段羡,前应在该循环打覆炮时在开挖面敌边缘沿开挖方答向打斜向上的匠超前锚半杆坑,要放炮后再及时语增加垂直洞壁沃锚披杆狱,圆对于滞后型岩酬爆重,我可在放炮出渣睛后在可能发生旅的岩爆部位安蠢装垂直洞壁锚扁杆。系4.8厕格栅拱架与锚抵杆、锚喷网联塌合支护抽在中等或强烈铸岩爆活动部动位默,互采用格栅拱架哈、锚杆、锚喷截网联合支棚护呆,阳可有效地提高经结构的整体支瓣护能杏力遗,什同时施作网喷脆砼荐,抛可以防止碎块币的弹射和塌落作。拒4.9锐兴改善施工方法班在短掘进撞施工中短进尺浓、多循环作业质过程申中兰,粗叨改善围岩应力旅状态灭，将应及时支虚护旨,澡以尽量减少岩商体暴露时间和寿面颗积材,犯可防止或减少汽岩爆发生。猎在岩爆严重地俩段佣,之将全段面一次俩开挖改为分部逐开动挖底,虎可以使应力逐瘦步释尊放茫,失同时将深孔爆专破改为浅孔爆疯破痕,顾以减少爆破对弟围岩的扰窜动效,箱达到降低岩爆右危害程度的目辉的。底4.10妥患待避挎在岩爆较为猛朋烈的时茧候制,冶为防止飞石伤龟人艺,竿可在安全距离烤躲避一段时露间盯,椒直到岩爆平静妹为止。还可通气过岩爆监测方鄙法来确定待避灾时间。繁4.11选现场闭管理措施絮对车辆机械易盯损部位和驾驶他室上部加焊钢梅结构防护棚衔。翻拴施工人员配带侍钢盔和防弹背别心奔,初对管理人员和阻施工人员加强暑岩爆知识教带育撒,估严格执行隧道掏施工的安全规惯定锈,秀强化个人防护讲意识。愉5扬坡xx封隧道岩爆防治问措施荡效果对比盘表励3武释岩爆防治措施翁效果父评价劫表卷岩爆防治措施芳防治效果稻评价质1随4.1膀前期资料研究业、地质预测预核报及监控量测大对岩爆的发生扰有辽预测挑意义，对下一葵步施工有镇指导意义揪2轿4.2稀疼超前应力解除朗采用后小效果盟明显而且安全要，但成本增加甘较大阻，施工干扰大踪，严重影响施浸工进度那，一般仅在强壁烈型岩爆中采腹用丑3低4.3合丙喷、注高压水何降低岩体强度塔岩爆减少不明那显，伤发现效果一般扯4盐4.榨4捐选择合适的开兴挖方式句岩爆减少不明箭显，延发现效果一般妹5秋4.5不稼增设临时防护凤设施创简单朽实用，但对弹臣射型岩爆效果返差甚6锻4.6才淡加强临时支护慧效果明显例，但对强烈型施岩爆效果差溪，乎成本增加较大蝇，级自身施工不安扬全，对前期岩