高地应力硬岩隧道岩爆控制施工工法.pdfVIP

高地应力硬岩隧道岩爆控制施工工法 中铁隧道集团有限公司乌兹别克斯坦项目经理部 李红军 王 华 郭志武 刘成禹 王天舒 1.前言 某海外铁路隧道，由主隧道和安全隧道组成。主隧道为单线铁路隧道，长19.2km ；安全隧道 位于主隧道左侧，长19.268km。隧道最大埋深达1275m ，埋深超过700m 的地段总长达7km。上 述大埋深地段围岩为石英斑岩、花岗斑岩、花岗正长岩等质地坚硬，抗压强度高的岩层，发生岩 爆的可能性极高。根据现场的统计数据，发生不同程度的岩爆区段超过总开挖长度的70%以上， 岩爆已成为本隧道施工中的常态，对施工安全和进度造成了严重影响。为保证施工安全、提高施 工进度，控制岩爆施工风险，并为以后类似工程提供技术借鉴，结合本项目开展了岩爆预测预报 及控制技术研究 ，通过预测预报对工作面前方的岩爆进行分级并根据不同的岩爆等级制定相应的 工程对策 ，以此工程为背景形成该工法。 2.工法特点 2.1 通过地质观察和电磁辐射仪监测，实现定性加定量的岩爆预测预报，对工作面前方岩爆 发生的可能性、岩爆的部位及岩爆等级（轻微、中等、强烈）进行比较准确的预测预报，以便有 针对性地采取对策。 2.2 利用岩爆预测预报成果，根据不同的岩爆等级采取不同的工程对策，在保证安全的前提 下，采取经济、合理、快速的施工措施。 2.3 区别于传统的岩爆应力释放方法 ，该工法不仅实现了岩爆的有效预测预报，同时利用凿 岩台车快速施做超前小导管 ，提前、主动控制岩爆，大大提高岩爆段施工功效，保障施工安全、 降低工程成本、加快施工进度。 1 3.适用范围 适用于采用钻爆法施工的埋深大、高地应力、易发生岩爆的隧道。尤其适用于采用凿岩台车 施工的易发生岩爆的隧道。 4.工艺原理 4.1 岩爆预测预报 1、岩体结构观察分析（定性预测） 通过岩爆发生段岩性、岩体结构等的统计分析，得出岩爆发生的岩性及岩体结构条件，以此 为依据进行岩爆宏观判断（通过岩性、岩体结构观察初步判断可不可能发生岩爆、可能发生什么 类型的岩爆） 2、电磁辐射仪岩爆监测（定量预报） 对宏观判断可能发生岩爆的部位采用电磁辐射监测仪进行监测，通过能量、脉冲、频率监测 值与基准值的对比，预报会不会发生岩爆及岩爆的强度等级。 聚集大量应变能的岩体 ，其破坏过程是一个能量耗散过程。它是一个微细裂纹逐渐开展、增 多、扩大，裂纹间相互作用的过程。在此过程中除会发声、发热，以声、热等形式耗散能量外， 微细裂纹的尖端还会产生电磁辐射，以电磁辐射形式耗散能量。岩体越接近破坏，微细裂纹越多， 声、电反应越强，因此，可通过监测固定时长内岩体的电磁辐射脉冲次数、强度及能量来判断岩 体是否会发生破坏或岩爆。 4.2 岩爆控制 4.2.1 轻微岩爆控制 主要通过控制进尺、洒水及锚网喷支护等手段多次释放围岩应力、软化围岩，降低围岩内部 聚集的能量，达到减少岩爆发生的目的，从而保证隧道快速施工安全。 2 4.2.2 中等及强烈岩爆控制 针对隧址区地应力的最大主应力方向接近水平且与隧道轴线接近垂直的特点，主要采用超前 小导管对中等及强烈岩爆进行控制具有明显的效果，其控制原理阐述如下： 在隧址区地应力最大主应力方向分析的基础上，通过多处岩爆发生过程的细致分析，得出本 隧道岩爆发生的力学机制为：在高水平向应力作用，拱顶临空岩体先劈裂成板 ，然而发生脆性断 裂和弹射。 上述板状岩体岩爆发生的力学机制为层状薄板的脆性断裂失稳。如图1 所示，拱顶劈裂后的 板状岩层（图中蓝色部分，厚度为t ）在隧道开挖后部分临空（宽L ）。该层岩层的受力可简化为 厚度为t、无支承段长度为L 的层状薄板受水平向地应力P 的作用。当层状薄板厚度较小，水平 向地应力P 较大的情况下，无支承段会发生脆性折断、崩落。 图