隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

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1、隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究根据在重庆陆家岭隧道施工中发生的岩爆，通过现场地质观测资料，具体地分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件，从地质工程的角度，对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨，发现在陆家岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴01大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征，并在此基础上，提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。关键词:隧道

2、工程；岩爆;工程地质特征；防治措施；陆家岭隧道岩爆是在高地应力条件下进行隧道施工的过程中，围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，岩体内部原先储存的弹性应变能突发性地急剧释放出来使隧道闱岩产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动力失稳的地质现象，是一种高地应力区常见的工程地质灾害，对于隧道施工的人员和设备均造成了直接威胁。因此，详细研宂发生在陆家岭隧道施工中的岩爆，总结其发生发展的规律并提出相应的防治措施，对于保证隧道施工的安全，进一步探索岩爆地区工作方法都有一定的理论参考价值［1〜5］。2陆家岭隧道岩爆发生的工程地质特征陆家岭

3、隧道位于重庆东南部地区，是重庆一宜昌高速公路西段重要工程，起止桩号:ZK113+485〜ZK119+865,中心桩号ZK116+175，全长6380m,隧道进口标高1063.63m,出口标高1020.12m,成洞洞径15m,隧道埋深120〜600m。施工地区为屮低山和丘陵地区，最大海拔1876m,地形自然坡度35°〜65°，局部山体陡峭，植被发育。隧道围岩主要是上侏罗统熔结凝灰岩，岩石致密坚硬，完整性好，呈块状镶嵌〜大块砌体结构，局部有少量结构面或贯通性微张节理，风化程度低，地下水贫乏，不发育。自2003年11月开始施工

4、以来，先后在隧道7个区段的拱顶和边墙发生了93次岩爆，具体发生岩爆位置及次数见图1。图1陆家岭隧道发生岩爆位置及次数示意图根据现场资料分析，这些岩爆表现出与下列5个典型的工程地质特征关系密切：(1＞围岩距隧道掌子面远近不同，岩石发生岩爆的次数不同。陆家岭隧道岩爆发生的次数与距掌子面的距离关系密切，如图2所示。由图2可知，陆家岭隧道岩爆发生有很强的规律性，岩爆发生最高次数的高峰区出现在距掌子面6〜15m(即0.5〜1倍隧道洞径区间)的隧道拱角及两侧壁上，迄今为止共发生岩爆60次，占已经发生岩爆总数的64.5%,另外宥21%

5、出现在掌子面上及大于1倍洞径以外的隧道中。随着距离的增加，岩爆次数显著减少，仪有极少数岩爆发生部位距掌子面的距离大于40m。距离掌子面的距离/m图2陆家岭隧道发生岩爆次数与距掌子面距离的关系曲线(2＞隧道屮掌子面开挖暴露时间的长短不同，围岩发生岩爆频数不同。由于岩爆是隧道围岩集聚能量、应力重新分布后的产物，因此，岩爆发生的次数与掌子面开挖暴露时间的长短关系密切，如图3所示。掌子面开挖暴露时间/d图3陆家岭隧道发生岩爆次数与掌子面围岩开挖时间的关系曲线由图3可知，陆家岭隧道岩爆发生的高峰期主要集中在2个时间区段内：第1个岩

6、爆高峰区段集屮在掌子面围岩开挖后24h内，在该时段内共发生51次岩爆，占所发生岩爆总数的55.8%,主要发生在距离掌子面6〜15m的隧道拱角及拱顶处的应力集中区，见图1中的1和2区，这类岩爆属于速爆型岩爆，对于隧道施工人员和设备威胁巨大。第2个岩爆高峰区段集中在掌子面围岩开挖后16〜24d内，在该时段内共发生37次岩爆，占所发生岩爆总数的39.7%,主要发生在距离掌子面6〜15m的隧道两个侧壁，这类岩爆属于缓爆型岩爆。造成上述情况的主要原因是：①在围岩开挖暴露后，先期赋存在岩体中的能量超过了岩体木身的强度，通过岩爆的形式

7、得以释放，形成了第1个岩爆高峰区段，这次岩爆类型以爆次数岩次/爆次数岩次/-3400•岩石力学与工程学报2005年速爆型岩爆为主。②围岩中的应力在重新调整、分布后，岩体中的应力及能量再次得以聚集，并在隧道中爆破作业所产生的冲击波影响下，再次发生岩爆，形成了第2个岩爆高峰区段，这次岩爆类型以缓爆型岩爆为主。⑶陆家岭隧道中的岩爆体的特征不同。陆家岭隧道的岩爆有速爆型岩爆和缓慢型岩爆2种类型，具体表现形式如下：速爆型岩爆多发生在掌子面开挖后24h内，占岩爆总数的70%岩爆发生一般分2个破坏阶段：开始为岩体的张性破裂、弹射、剥落

8、；继而是极限破碎的岩块被挤出、弹射。岩爆发生时，首先围岩内部发出清脆的爆裂声，而后岩块从隧道的拱顶或拱角向临空面弹射而出，弹射距离较远，弹射角度可达35°〜45Q,岩块成分以熔解凝灰岩、霏细斑岩为主，多呈中间厚、边缘薄的片状或贝壳状，爆裂面为新鲜断口，部分断口面为有铁膜覆盖的微裂隙。一般面积为0.35mX0.45m,