蒋波

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518034）

1 工程概况

旗杆山隧道右线起讫桩号为YK46+495—YK54+155，长度7660m；左线起讫桩号为ZK46+505—ZK54+141，长度7636m。纵向采用0.5%～2.4%的人字坡，进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。洞内设10处车行横道、22处人行横道、2座变电所。

2 高地应力、岩爆处治方案

高地应力区的地质条件特殊，在该环境下组织开挖作业时易发生岩爆现象，即因进行开挖作业围岩开始卸荷，出现较为明显的脆性破坏问题，在该干扰作用下迫使原本存在于岩体的弹性应变能在短时间内剧烈释放，伴有不同程度的爆裂、剥落等现象。岩爆的出现将直接破坏现场正常的施工秩序，存在诸多质量隐患和安全隐患，必须采取科学的方法处治[1]。

旗杆山隧道所在区域的海拔较高，最高海拔约为2018～2245.9m，沿线地形缺乏平整性，自然坡度达45～60°，洞身最大埋深约1304m。现场勘察结果显示，K.SQGSCK4钻孔的最大水平主应力值为25.74MPa，最小水平主应力值为14.84MPa，加之现场自然条件的特殊性（岩体强度、地质构造）以及施工的扰动性（开挖），潜在岩爆的风险，一旦发生岩爆将直接阻碍正常施工进度，质量问题乃至安全问题相伴而生，严重影响隧道工程项目的开展。因此，采取有效的监控措施和处治措施至关重要，是保证隧道施工安全的关键。

2.1 岩爆的主要特点

岩爆是一种破坏性较强的地质现象，其主要特点有：

（1）主要集中在新开挖工作面的周边，尤为常见的是拱部以及拱腰部，两处的发生概率较大。

（2）发生于开挖期间或开挖后，以爆破后的2～3h最为特殊，属于岩爆的高发时间段，延续时间较长，普遍达到1～2个月，特殊情况下甚至可达到1年以上。

（3）发生前无明显征兆，存在不可预见性。在现场检查过程中，即便认为某区域无石块掉落的风险，但后续也有可能发生岩石爆裂，令工程人员措手不及。

（4）岩爆的规模可大可小，石块由母岩弹出，主要呈现出周边薄、中间厚的形态特点，并以片状为主。

2.2 岩爆的处治

（1）洒水软化。爆破后，以喷射高压水的方法处理工作面及其后15m的区域，此时有利于降低岩石的脆性，进而降低岩爆的强度。通常在轻微以及中等岩爆地区宜采用洒水软化的方法，对岩爆有一定的防控效果[2]。

（2）加强临时支护。较为适宜的是光面爆破技术，其特点在于消除应力集中现象，使成型洞壁具有较好的圆顺性。经过开挖后，若条件允许则及时喷射高强混凝土，随着该类材料的固结，优化围岩的受力状态。按特定的间距在工作面打设超前锚杆，提高开挖面的稳定性。针对岩爆概率较大、程度较深的区域，可联合应用加密锚杆、挂网、喷射混凝土等多重方法，全面增强防护效果。

（3）钻应力释放孔。根据地质条件预判可能出现岩爆的部位，在该处打设适量的空眼，采取此措施后有利于释放部分围岩应力，从源头上降低岩爆的发生概率；还可向空眼中注高压水，依托水的渗透作用逐步填充至岩体的裂隙内，此时岩体的塑性变形能力有所提高，弹性模量则有降低的变化趋势。

（4）浅孔弱爆。爆破施工宜采用潜孔爆破的方法，适度减少单次装药量和缩短循环进尺，通过多类措施的联合应用减轻爆破对围岩的扰动性影响，也有利于降低岩爆的发生概率。

（5）有序开挖。遇岩爆严重的区段时分阶段依次施工。根据隧道断面的尺寸特点将其划分为多个开挖部分，以循序渐进的方式逐步释放应力，具体可采用三台阶七步开挖法，有效防控岩爆现象。

（6）加强监控。岩爆发生后的1h左右几乎达到最为激烈的状态，后续随着时间的延长有缓和的趋势。有必要加强监控，及时掌握岩爆区段的实际情况，在现场设立监测点，及时采集测点的信息，并安排专员定期巡查，及时发现问题，以正确的方法处理问题[3]。每完成一次爆破后禁止员工随即进入现场，需等待一段时间，待岩爆平静后继续开展后续工作。

3 关键方法

3.1 岩爆地段处治动态施工

埋深较大的地段易发生岩爆，此类区域采取短进尺掘进开挖的方法，单次进尺量控制在1.2～2.5m，并在不影响爆破效果的前提下适当减少药量以及降低爆破频率，削弱围岩应力集中现象。合理协调开挖工序，做到全断面开挖，以免破坏围岩应力平衡状态。

存在类似岩爆现象时，一方面尽快掌握现场情况，以便制定相适应的处置方案，另一方面向掌子面和洞壁处喷洒水，在多重措施并行之下控制岩爆现象。

3.2 岩爆的分等级处治

根据掌握的信息，对旗杆山隧道可能出现的岩爆现象进行分级，进而采取合适的处治方法，具体如下：

（1）微弱岩爆（I级）：向掌子面和洞壁两处洒水，按照特定的间距打孔，起到释放应力的作用。具体如图1所示。

图1 微弱岩爆处治（单位：mm）

（2）中等岩爆（II级）：向掌子面和洞壁两处洒水；喷射混凝土，有效封闭掌子面，厚度为15cm；打孔，用于释放围岩的应力。具体如图2所示。

图2 中等岩爆处置（单位：mm）

（3）强烈岩爆（Ⅲ级）：向掌子面和洞壁两处洒水；喷射混凝土，有效封闭掌子面，厚度为15cm；打孔，用于释放围岩的应力；掌子面超前加固，材料选用Φ40mm的超前管缝式锚杆，间距2m×2m，梅花形布置。

3.3 设应力释放孔

应力释放孔是削减围岩应力的关键途径，孔径与掘进爆破孔一致，长度至少为开挖进尺的2倍，视实际情况适当增加。在打设应力释放孔时着重考虑掌子面中间、周边两部分，前者的孔与掌子面呈垂直的位置关系，后者的孔外插角控制在5～10°；间距无特定的要求，具体根据实际情况灵活调整，但对于结构面、裂隙处，原则上不作为应力释放孔的设置区域。

应力释放孔的应用效果较差时，向掌子面中间的孔装药，采取爆破措施解除应力。应力解除爆破的方法主要有两种，即微差爆破、单独与掘进孔分开爆破，具体视实际情况而定。

3.4 采取超前支护措施

为给隧道施工创设良好的条件，先采取超前支护措施。拱部120°范围内设长度为4.5m的Φ42mm超前小导管，环向间距40cm，排距2.4m，每排数量为37支；在小导管的四周设Φ6mm压浆孔（尾部1m不做此操作）用于注浆施工；钢管搭接长度1.5m或适当增加。注浆压力控制在0.5～1.5MPa，根据浆液性能以及实际注浆情况灵活调整。

3.5 安全防护措施

（1）施工人员应规范作业，密切关注所在区域上方以及周边围岩的实际状况，一旦发现异常立即采取处理措施，从源头上规避问题。

（2）定期清理岩爆段的浮石、危石，以免松动滑落引发安全事故。

（3）岩爆剧烈且持续时间较长时应暂停施工，安排施工人员撤离至安全区域，待现场恢复正常后继续施工。

4 结语

岩爆是高地应力地段隧道施工中较为严重的现象，具有破坏性强、持续时间长、影响范围广等特点。为有效处治岩爆，必须从源头防控做起，遵循因地制宜的原则，根据现场地质条件制定合理的施工方案，采取超前支护、锚杆加固等相关措施，并在施工期间加强安全检查，及时排除险情，保证隧道施工安全。