隧道施工岩爆的预防与技术措施综述

要正确预测岩爆。笔者对岩爆发生的规律、岩爆的分类以及岩爆相关预测方法进行了总结，并从施工组织、释放地应力、 严抓初期支护规避岩爆威胁、控制隧道开挖进尺、加强爆破控制等方面论述了隧道施工过程中所采取的岩爆防治技术

措施。关键词：岩爆预测；安全风险；岩爆预防；预测方法；影响因素中图分类号：U457.5 文献标志码：B 文章编号:1009-7767 （2020 ）01-0131-03Summary of Rock Burst Prevention and Technical Measures in

Tunnel ConstructionTu Jie1岩爆及其危害1.1什么是岩爆岩爆也称作冲击地压，隧道中围岩在施工的影响 下不断积聚弹性变形势能，当这种能量达到一定程度

均为岩爆频发地带。岩爆分为3种类型：第1种，围岩 发生岩爆后，呈板块状，不会马上坠落，而是过一段时 间才由上而下坠落，此种为弱岩爆，即破裂松脱型；第

2种，岩爆发生时，会发出鞭炮爆炸般的响声，有片状围

岩爆裂剥离，此种为中等岩爆，即爆裂弹射型；第3种， 岩爆发生时，会发出炮弹爆炸一样的响声，巨石弹射， 弹射距离远、速度快，此种为强烈岩爆，也称为爆炸抛

后突然猛烈释放，最终使洞内围岩爆裂剥落甚至迸射 的现象。高地应力是导致岩爆产生的最直接原因⑴。地应力达到多少才能算作高地应力状态，目前业

界内还没有很权威、统一的标准。在我国隧道工程界， 对于隧道岩体工程，初始地应力达到25 MPa左右，即 可视为高地应力。高地应力对不同性质岩体有着不同 的危害：对于脆性岩体，高地应力危害体现为岩爆；而

石型叫3） 松脱和剥离为岩爆的主要运动特征。由于岩爆 为在应力较高的地方发生的突发式破坏，在岩爆发生 前并没有特别明显的前兆。高应力状态下的岩石和正常

对于软岩，则其危害表现为洞室变形。一般而言，岩爆的产生和剧烈程度与隧道洞室的 埋深有着很大的关系，隧道洞室埋深越深，围岩地应

状态下的岩石在外观上并无明显区别，因此，即使一般 认为不会产生崩塌的地方也有发生岩爆的可能性。4） 岩爆发生时，一般带有岩石断裂的爆裂声响，但 有的地方不会出现岩石迸射，而有的地方则会发生岩

力越高，从而发生岩爆的可能性就越大，且岩爆剧烈 程度也越大⑴。石剥落，且岩石剥落的时间各不相同。1.2岩爆特征5） 根据以往的隧道施工经验，隧道施工中岩爆发 生可分为活跃期和持续期2个阶段。活跃期：在隧道新

1） 对于常规隧道工程而言，岩爆多发生在侧边墙

及起拱线部位，部分强烈岩爆会多处、全断面同时发

开挖断面附近，距离掌子面3〜20 m范围内.爆破后的

生，并且向深部逐渐扩展。3〜20h这一岩爆发生频繁的时间段；持续期：在隧道

开挖后的数天至数月内，已发生过岩爆的部位仍然有

2） 通常，岩爆发生在干燥的片层状围岩结构中。 通道与主洞相交的地方、加宽开挖且断面较大的部位，

岩石再次剥落的时间段同。2020年第1期（1闪）第38巻彳貳哉水 131::轨道交通与地下工程Track Traffic &Underground Engineering1.3岩爆对隧道施工的危害爆的发生，常用的方式为在围岩上钻孔和纵向切槽1） 影响正常施工作业。在隧道施工过程中，如发生 岩爆，迸发的飞石、剥落的岩块对于现场的施工机械是

一个巨大的安全威胁，极易造成施工机械损毁，导致机

3岩爆施工技术措施针对工程施工项目岩爆地段的地质特征，应做好 隧道潜在岩爆预测工作，充分了解隧道工程的地形地 貌和隧道围岩的地质情况，并结合以往经验对隧道未

械设备维修或者更换过于频繁，影响工程进度，造成工

期滞后同。如岩爆发生在已完成了初支或二衬混凝土施工 的部位，则会对已经施工的工程构件造成破坏。因岩爆

开挖地段做一个总体的岩爆预测。隧道岩爆的控制措施主要采用控制爆破和锚喷 支护的方式。在实际施工过程中，采用短进尺控制爆破

造成的工程返工，不但拖延工期，也导致了工程成本 的增加，对工程施工造成巨大影响。方式开挖。对于强烈程度大的岩爆段，必须严格遵守以

下流程：边解除应力边开挖、危石处理并高压水冲洗、 喷射混凝土覆盖面、实施锚固措施、实施系统锚杆支 护。施工过程中，具体控制措施如下：2） 威胁施工人员安全。岩爆通常发生在隧道掘进

作业部位，当弱岩爆发生时，只造成岩层断裂破坏，一 般情况下无石块剥落，对现场施工人员造成的安全危

1） 岩爆地段隧道洞口开挖时，采用短进尺的挖掘 方式，每次开挖进尺小于1.5 m,在强烈岩爆洞口段隧 道施工时，应该在爆破前采取一定措施，解除岩爆段

害相对较小；当中强岩爆发生时，大量岩块迅速剥落

甚至出现飞石，对现场施工人员的人身安全构成极大 威胁。中强岩爆事故的发生，在对施工安全造成巨大影

围岩应力；隧道开挖出渣后应该及时进行清理危石作 业，清理完成后用高压水及时冲洗。响的同时，也必然导致施工工效的降低和工期的拖延。

2隧道施工岩爆的防治方法隧道施工岩爆的防治方法有很多，针对实际工程 项目的特点，一般可以从改善围岩受力状态、解除岩石

2） 隧道洞室新开挖的顶拱和掌子面应及时进行初 喷,一般初喷采用5〜10cm厚的钢纤维混凝土。应力、加固围岩等方面采取有针对性的防治措施切。

3） 隧道开挖掘进过程中，如果碰到新开挖边拱顶 围岩岩爆情况特别严重的，先不出渣，利用石渣防护掌 子面和隧道开挖的边壁，然后设置防护。防护的设置顺 序为：先顶拱防护，后边壁以及掌子面防护。2.1改善围岩受力状态在岩爆地段采用钻爆法施工时，必须采用短进尺

的方法掘进。掘进作业时，应严格控制爆破药量和爆破 具体操作技术措施如下：先清除拱顶危石，并及时 利用高压水冲洗。冲洗完成后采用钢纤维混凝土进行 初喷，初喷厚度为10cm。然后隧道出渣，出渣完成后 针对掌子面以及开挖后边壁开展清危作业，清危完成

的频率，确保光爆的效果。采用以上措施的目的在于减

少隧道钻进后围岩表面的应力集中。施工作业过程中， 隧道掘进控制原则为：1、11级岩爆区范围内，进尺控制

范围为2-2.5 m,且应采用全断面的方式开挖，争取断 面一次成形，以确保围岩应力状态不受打破。断面开挖 工作完成以后，应该向掌子面附近用髙压水枪喷水或 利用炮眼向围岩内注水，此方法的应用，可以在一定程 度上降低岩爆发生的剧烈程度问。以后用高压水冲洗，冲洗完成后初喷10cm厚钢纤维 混凝土叫4） 对于岩爆剧烈程度强的，隧道洞口开挖前应设 置超前锚杆等预支护措施，并对掌子面进行喷护。5） 隧道开挖过程中，应及时对开挖裸露面喷射钢

纤维混凝土，钢纤维混凝土喷射厚度一般为5 cm,对于 安全系数高的地段应将喷射厚度增加至lOcm^。2.2加固围岩在工程施工实践中，因地制宜地对岩爆地带围岩

进行加固，可取得很好的防治效果。锚杆和喷纳米混凝

6） 隧道开挖后，掌子面以及周边围岩壁喷护完成

以后，在拱顶范围内安装防岩爆钢锚杆，防岩爆钢锚 杆必须设置垫板使其固定钢筋网片。锚杆有2种形式：

土挂网这2种围岩加固施工方法，得到了广大施工单 位的认可和广泛应用。通过设置预应力锚杆、安装水胀

式锚杆、加密架设钢拱架等措施，也可以有效地加固

机械涨壳式或水胀式，长度在3.5〜4.5 m范围内，间排 距离为1.0〜1.5 m。隧道围岩，防止岩爆事故的发生。2. 3解除围岩应力解除围岩应力也是一种岩爆防治的有效措施。应力 解除，即在岩爆易发的施工区域，事先释放围岩应力后 再进行掘进。提前释放原始应力可以从根本上避免岩

7） 在拱顶至两侧拱肩以下1 m范围内安装钢筋网

片。钢筋网片在后场焊接加工而成,尺寸为2mx2m,相

邻网片重叠距离不小于45 cm。钢筋网片通过锚杆固（下转第136页）132彳貳技索 2020 No.KJan.) Vol.38!S轨道交通与地下工程Track Traffic & Underground Engineering全断面机械开挖目前日进尺3 m,预计最终可达到 全断面机械化施工成孔、开挖出渣、辅助架设钢格栅等 现场施工需求，并且在施工工效、节约施工成本和人力

4 m；传统人工开挖日平均进尺约2 mo以完成1 000 m 暗挖隧道计算，全断面机械开挖可缩短工期250 d,节 约管理费280万元。投入等方面要优于传统暗挖法，因此浅埋暗挖隧道全

断面机械化施工是未来发展的趋势。2) 人工投入对比全断面机械开挖需配备5名工人，昼夜两班共10

3)通过试验发现，暗挖一体机还存在一些问题， 需不断改进优化。例如掌子面全断面开挖后，格栅拱 架可一次架立成环，减少分段拼接数量，提高格栅拱

人；传统台阶法人工开挖需配备6名工人，昼夜两班 共12人。人工费300元/d,以完成1 000 m暗挖隧道 计算，全断面机械开挖可节省劳务费15万元。架安装质量。但格栅拱架全环安装重量较大，因此下一 步考虑研发格栅拱架整环安装台车，以降低工人劳动 强度，提高施工效率。豳a3) 节约格栅成本相比传统暗挖方法，全断面机械开挖格栅间距由

0.5 m变为0.75 m,以完成1 000 m暗挖隧道计算，格栅

节省约666®,可节约成本168万元。参考文献：[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出

版社,2004:2-5.4) 掌子面加固成本以完成1 000 m暗挖隧道计算，玻纤锚杆费用

[2] 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通

出版社,2010:1-10.20.9万元，掌子面注浆费用5.6万元，全断面机械开挖 相比传统暗挖方法增加费用总计26.5万元。综上所述，全断面机械施工相比传统暗挖法效率 更高、成本更低，以完成1 000 m暗挖隧道计算，全断面

[3] 郭卫社.浅埋暗挖法新趋势[J].隧道建设,2012,32(6)=757-

762.[4] 鄢荣杰，周立星.浅埋暗挖法瞇道施工技术的发展[J].山东工

业技术,2019(10):114.机械施工可节约总成本436.5万元。6结论[5] 宁文光，黄明利，朱孝笑.浅埋暗挖大断面隧道开挖支护机械

化配套施工技术[J].市政技术,2016,34(3):94-96.1) 在软土地层中通过对掌子面采取超前预加固措 施，在保障防塌陷条件下进行全断面暗挖施工是可行的。收稿日期:2019-05-24作者简介：付晓健，男，工程师，学士，主要从事隧道现场施工工作。2) 自主研发的多功能暗挖一体机可满足浅埋暗挖

(上接第132页)参考文献：[1] 苏海鱼.隧道施工地质灾害分析与防治对策[J].建材与装饰，

定，锚杆设置间距为1.5 mxl.5 m,长3.5~5 m。8) 初喷钢纤维混凝土并设置水胀式锚杆以后，必 2018(4):225.须及时安装系统锚杆，拱顶系统锚杆安装时，要错开 [2] 张品，米俊峰.米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术[J]. 刚开始安装的水胀式锚杆的位置，且保证隧道洞室支 铁道建筑技术,2018(11):67-71.护系统同开挖掌子面的距离不大于10m。[3] 赖轩明，许赞渊，丘兴鹏.公路隧道轻微、中等岩爆成因分析

及防控措施[J].福建建设科技,2018(1):64-67.9) 最后，应及时进行二衬混凝土施工，厚度控制

在8〜15 cm范围内，最终洞室喷射混凝土总厚度达到

[4] 范新来.岩爆对隧道施工的经济影响及降效分析[J].工程科

技,2017(11):241-242.⑸ 陈卫忠，马池帅，田洪铭，等.TBM隧道施工期岩爆预测方法

13〜20 cm,最终形成隧道的永久支护体系。4结语岩爆是隧道施工过程中常见的危害较大的围岩 不稳定因素，对现场施工的人员及机械设备的安全都 会造成很大的威胁。施工过程中须结合工程实际条件，

探讨[J].岩石力学,2017(11):241-249.[6] 周凯.双洞隧道空间状态下爆破振动影响及控制研究[J].铁道

建筑技术,2018(4):104-109.对岩爆做好细致的预测。对于可能有岩爆发生的地段， 必须提前按照相关规范采取预防措施。同时，在施工 过程中，各项工序采用的工艺必须严格遵循技术规程，

[7] 吴德胜，吴丰收，李复明，等.综合地质预报方法在铜锣山隧

道施工涌水预报中的应用[J].现代隧道技术,2014,51(6)：

167-173,178.加强过程管控，减少岩爆发生的几率，以从根本上保

收稿日期：2019-05-05作者简介：涂杰，男，工程师，学士，主要从事铁路工程施工工作。障施工现场人员、设备和工程的安全。画136 彳苯技* 2020No.l(Jan.) Vol.38