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高速公路特长隧道施工岩爆的防治技术

发表时间：2021/3/16 来源：《城市建设》2021年1月作者：赵虎

[导读] 随着我国经济建设的加快，科技实力的不断上升，推动了我国公路的现代化建设，使得高速公路特长隧道工程建设的数量也在不断增多。特长隧道施工复杂性较高，并且由于施工环境因素影响在施工中难免出现各种问题影响工程施工质量。为了提升特长隧道工程质量，采取科学有效的方式减少施工中存在的岩爆、塌方、涌水以及地下水相关问题意义重大。

山东济南高速工程项目管理有限公司赵虎 250000

摘要：随着我国经济建设的加快，科技实力的不断上升，推动了我国公路的现代化建设，使得高速公路特长隧道工程建设的数量也在不断增多。特长隧道施工复杂性较高，并且由于施工环境因素影响在施工中难免出现各种问题影响工程施工质量。为了提升特长隧道工程质量，采取科学有效的方式减少施工中存在的岩爆、塌方、涌水以及地下水相关问题意义重大。鉴于此，文章结合实际，对提升特长隧道工程的方案进行探讨，以期为此类工程提供借鉴。
关键词：高速公路；特长隧道施工；岩爆防治技术
        引言
        多数特长隧道的中段，由于洞身埋置深度大，围岩的整体性好，施工中往往会有岩爆发生。这是因为隧道的围岩被深埋在地下，聚集了很高的地应力，一旦在围岩中开挖隧道，开挖面四周的岩层突然卸载，围岩内聚集的高地应力瞬间被释放，因而岩层会发生片状、块状突然爆裂而被抛射出去，这就是所说的岩爆。岩爆的发生具有突发性，抛射的方向、远近、岩块的形状、大小均难以预测，抛射出来的岩块对施工人员的安全构成极大的威胁，还可能砸坏施工机械和设备，严重影响施工进度。
        1高速公路特长隧道施工岩爆概述
        ①特长隧道施工岩爆定义。施工岩爆指的是当隧道以及地下工程穿越坚硬稳定的围岩，而且处于高地应力地区时，由于开挖封闭岩层之后，地应力大规模释放，导致围岩突然破坏，从而造成岩块抛掷、弹射的问题，内部比较大的弹性应变能在短时间内释放出来。隧道岩爆问题是隧道施工过程中常见问题之一，严重影响工程项目建设的顺利安全进行，给施工人员带来了人身安全威胁，需要加强对施工岩爆现象的研究，提前发现施工岩爆问题并做好处理工作，尽可能的避免岩爆对工程项目整体建设所造成的影响与破坏。②特长隧道施工岩爆原理。一般来说，高速公路特长隧道施工岩爆现象的发生主要由内部因素和外部因素两部分因素导致的。内部因素指的是岩石内部结构本身所储存的大量能量，使得在超过岩体强度以及承受能力的外界刺激下产生岩爆现象。外部因素一般是指由于施工过程中机械设备和人力因素对岩层整体环境的影响，导致岩体载荷稳定性发生变化，从而破坏了原有岩层的平衡状态而引起岩爆问题。其次，特长隧道施工岩爆现象又与施工项目所处的环境和区域有关，在应力相对较大以及集中的环境当中，岩体本身硬度和脆度比较大。受到隧道掘进过程中外部荷载因素的影响，导致围岩受力不断增加而超过强度极限，使原本围岩裂缝持续扩大，从而造成围岩断裂现象而发生岩爆事故。工作人员在开挖具有较大截面的岩石时，通常会采取大径尺和大药量的光面爆破，虽然可以有效加快施工效率，但是往往会对岩体产生大规模的破坏，导致掌子面载荷的剧烈变化，引起个爆破孔内部应力的持续积累，使原有的应力环境发生明显变化，对微观围岩结构产生影响造成围岩应力累积而引起损伤。岩层结构出现的大量裂缝也伴随着掩体细微颗粒的作用而产生严重的岩爆现象。
        2高速公路特长隧道施工岩爆的防治技术
        2.1做好施工过程的组织和管理工作
        高速公路特长隧道工程施工人员在进行施工过程中，必须要严格按照施工图纸规划以及施工方案开展施工，相关现场管理人员要做好施工组织工作，要求施工期间项目部负责人能够24小时在掌子面值班，并建立起系统完善的安全监控部门，做好施工人员的安全教育工作，提高施工人员的安全责任意识。在具体施工过程中，工作人员需要利用潜孔钻机钻出长度和直径一定的超前钻孔，从而能够有效释放出围岩中的高地应力。

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超长隧道施工进入到较强围岩爆段后，工作人员需要组织及时调整开挖方法，先可以在断面下部开挖宽度和高度为四米的下导坑，然后再逐渐扩大断面，使得围岩中的高地应力可以提前释放出来，避免施工过程中高地应力短时间大规模的释放而造成的岩爆现象，通过上述方式处理和预防之后施工过程中基本不会发生较强烈的岩爆问题。在开挖施工期间，为了防止施工过程中发生的岩爆事故，还需要提前做好护顶工作。首先，工作人员需要进行爆破开挖活动，利用薄钢板进行防护，并使用喷射机械手将钢纤维混凝土喷射到墙面、掌子面和拱面，并搭设边墙上部的安全防护锚杆。同时，工作人员需要在掌子面上钻出直径和长度一定的孔，并注入高压水，软化围岩，使得围岩应力可以得到快速的释放，降低岩爆产生的烈度。
        2.2改善围岩受力状态
        在高速公路特长隧道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：I、II级岩爆区范围内，进尺控制范围为2-2.5m，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高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。
        2.3避让岩爆的措施
        ①由于从掌子面爆破起3h以内岩爆发生最为频繁，因此，在此时段内停工以避免伤人事故。②在岩爆发生段施工时，掌子面处配置专职的安全防护员，负责观察、记录岩爆发生情况，监听围岩内部的爆烈声响，观察拱、墙表面围岩的变化，结合ESG型微震监测系统对岩爆进行判断，遇有险情立即鸣哨警戒，并组织掌子面上的施工人员迅速撤离。③在较弱型和中强型岩爆地段施工时，采取一些防护措施，如在钻孔台车、运输车辆、装砟机上安装防飞石的薄钢板、在拱部和边墙上部打临时锚杆并挂细目钢丝网、使用喷射机械手对易发岩爆的拱腰和拱脚等处喷一层厚6-8cm，C25的钢纤维混凝土等。④在较强型岩爆发生段的下导坑中，打@1.0m×1.0m、长2.5m、50mm的楔管式锚杆，带垫板，挂细目钢丝网，防止飞石伤人。必要时可以采取超前支护、掌子面喷护、增加钢架支撑等防护措施。
        2.4加强通风技术的优化
        通常，高速公路特长隧道项目的施工长度是比较长的，穿越山体结构也比较长，在施工深度比较大的情况下需要比较多的氧气供应才能保障人们的生命安全，因此需要比较大的通风量，这是施工的必然条件。在高速公路特长隧道的施工环节，可以选择使用吊顶压入的方式进行通风，取代传统通风技术措施和方法，应用彩钢板的方式做好隧道中斜井设置，可以将其内部空间分为进风道与排风道两个部分，确保隧道内部的通风性能合格，在具体操作的时候将轴流风机安排在最靠近掌子面的位置上，并将射流风机和轴流风机的距离控制在200m以内，井射流风机之间的距离控制在400m以内。在隧道施工的深入发展下，风机的布置位置也需要逐渐向洞内移动，达到高速公路特长隧道项目施工安全性的标准。
        结语
        岩爆是高速公路特长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，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，加强过程管控，减少岩爆发生的几率，以从根本上保障施工现场人员、设备和工程的安全。
参考文献
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[3]刘欣,王成洋,陈宇飞.粗石山特长隧道施工过程中重难点分析和工程措施的确定[J].企业技术开发,2017(7):11-14.