xx高速公路xx隧道巖爆防治施工技術(shù)

xxxx高速公路xx隧道巖爆防治施工技術(shù)巖爆是高地應(yīng)力條件下隧道等地下工程洞室開挖施工過程中,因開挖卸荷引起周邊圍巖產(chǎn)生應(yīng)力分異作用,儲(chǔ)存于硬脆性圍巖中的彈性應(yīng)變能突然釋放且產(chǎn)生爆裂松脫、剝離、彈射甚至拋擲性等破壞現(xiàn)象的一種動(dòng)力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。它直接威脅施工人員、設(shè)備的安全,影響工程進(jìn)度,已成為世界性的地下工程難題之一。根據(jù)現(xiàn)狀,將巖爆烈度劃分為輕微、中等、強(qiáng)烈、劇烈4級(表1),其中σθ/Rb的對應(yīng)關(guān)系是經(jīng)大量工程實(shí)例測試總結(jié)所得。禁巖爆烈度級別孝輕微巖爆撿中等巖爆矩強(qiáng)烈?guī)r爆值劇烈?guī)r爆俯主要分級依據(jù)聰圍巖表層有爆絲裂脫落、剝離隨現(xiàn)河象紅,懲內(nèi)部有噼啪、定撕裂聲香響榮,敬σ過θ楊/R牲b兄≈嫂0.3~0.行5法,末對施工影響較霉小藥爆裂脫落、剝惰離現(xiàn)象較嚴(yán)蠶重瞇,秀有彈雨射愿,贏可聽見清脆的濕爆裂騙聲順,畢有一定持續(xù)時(shí)引間屑,源影響深度可戀達(dá)掀1紛m借左術(shù)右鄉(xiāng),辨σ壽θ展/R間b多≈襖0.5~0.福7服,麗對施工有一定暴影響莫強(qiáng)烈的爆裂彈磁射歡,霞有似機(jī)槍子彈閘射擊爐聲寧,草巖爆具延續(xù)磨性聾,庸并向圍巖深部妙發(fā)汗展癢,妄影響深度可惰達(dá)略2永m(xù)利左灶右怪,泰σ覆θ蒸/R任b泰≈乳0.7~0.請9突,相對施工影響較磚大悟劇烈的爆裂彈爭射甚至拋擲性血破辯壞綁,白有似炮彈巨響思聲琴,偏巖爆具突發(fā)濁性舍,顛并迅速向圍巖平深部發(fā)須展技,置影響深壺度珠3由m熱左撲右稅,率σ世θ尾/R煩b龍大秘于綁0.9養(yǎng),和嚴(yán)重影響甚至漢可以摧毀工程表1巖爆烈度分級注:Rb為洞壁巖石的單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)；σ為圍巖切向應(yīng)力。xx高速公路是xx省第一條交通部典型示范工程，所轄合同段范圍內(nèi)全為山嶺重丘，共有長短隧道5條，其中xx隧道為左右分離式曲線特長隧道，是全線最長、施工難度最大的一條隧道。1工程及地質(zhì)概況1.1地理位置xx隧道位于xx縣xx鎮(zhèn)與xx鄉(xiāng)交界處的xx，位于所建公路23km處，隧道進(jìn)口距唯一通道—G205國道約2.7公里，且無任何交通便道，沿線均為山嶺、溝谷，距進(jìn)口越近地勢愈加陡峭，交通極為不便。位于線路里程樁號SK33+000交界處的G205國道是距出口最近的也是唯一的通道，國道通往古樓村的鄉(xiāng)村小道約3公里長，經(jīng)過整修可以作為大型機(jī)械進(jìn)出和隧道施工出渣的便道，從古樓村到隧道出口約3公里長僅能容小型農(nóng)用機(jī)械進(jìn)出，古樓村系連接出口和G205國道的樞紐地，為出渣和施工用物資進(jìn)場的中轉(zhuǎn)站，交通極為困難。1.2隧道規(guī)模及地質(zhì)條件xx隧道位于分離式路基段，隧道左右線均位于曲線上。左線隧道全長3325m，右線隧道全長3380m。隧道穿越主要圍巖級別為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級三種圍巖，隧道主洞限界凈寬10.25m，限界凈高行車道5m，檢修道2.5m。洞室垂直埋深550～1615m，水平埋深為500～800m。圍巖為花崗巖，巖體呈微風(fēng)化～新鮮狀態(tài)，次塊狀結(jié)構(gòu)，判定以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，成洞條件較好。因埋深較大，圍巖堅(jiān)硬干燥，在實(shí)際施工中，隧洞出現(xiàn)了不同程度的巖爆，累計(jì)記錄達(dá)400余次，造成了砸壞機(jī)械、砸傷作業(yè)人員和停工停產(chǎn)等嚴(yán)重事故。2xx隧道巖爆的特征根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，按巖爆的強(qiáng)烈程度可把巖爆分為輕微、中等和強(qiáng)烈三級。輕微巖爆28段(總長為1124m)，多呈小規(guī)模零星分布，以破裂剝落型為主；中等巖爆11段(總長為650m)，呈較大規(guī)模的連續(xù)分布，為彈射型和破裂剝落型；強(qiáng)烈?guī)r爆4段，累計(jì)長度為120m，呈大規(guī)模連續(xù)分布，為強(qiáng)烈彈射型，并造成圍巖大面積開裂失穩(wěn)。從發(fā)生巖爆的巖性看，所有43段巖爆中，除一段(10m)發(fā)生在混合片麻巖中，其余巖爆均發(fā)生在花崗巖中?；◢弾r節(jié)理不發(fā)育，巖體多呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)或大塊狀砌體結(jié)構(gòu)，幾乎所有巖爆段的巖體都呈干燥無水狀態(tài)。從巖爆段的垂直埋深看，最大埋深為1615m，最小埋深僅550m，但4段強(qiáng)烈?guī)r爆深埋都在900m以上，輕微和中等巖爆可發(fā)生在任何埋深。巖爆在隧道斷面上主要分布在兩側(cè)拱部，個(gè)別段發(fā)生在兩側(cè)邊墻，4段強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生在整個(gè)斷面。從爆落的巖體看，爆落的巖塊有薄片狀、透鏡體狀、板狀和塊狀，大小差別很大，小至數(shù)厘米，大至幾米。輕微巖爆的爆塊以薄片狀居多，中等巖爆多為片狀和透鏡狀爆塊，大小不等，最大塊長2.68m，在強(qiáng)烈?guī)r爆中，各種形狀的爆塊均有，最大爆塊長3.62m。從巖爆坑的形態(tài)看輕微巖爆爆坑不明顯，中等和強(qiáng)烈?guī)r爆留下相當(dāng)明顯的巖爆坑。對于縱向延伸較短的巖爆段，巖爆坑常呈“鍋底狀”，對于縱向延伸較長的巖爆段，巖爆坑斷面多呈三角形、弧形或梯形的長槽狀，長度幾米至數(shù)十米，最寬4m，最深2m。巖爆坑邊緣多為階梯面，其中一組破裂面與開挖洞壁基本平行，與洞壁夾角為0°～5°，表現(xiàn)為明顯的張性破裂；另一組與洞壁斜交，與洞壁夾角為20°～25°，表現(xiàn)為張剪破裂。前一組爆裂面以沿片麻理形成的新鮮破裂面為主，少數(shù)遷就原生裂隙面，后一組爆裂面多為新鮮破裂面。巖爆塊斷面電鏡掃描分析表明，巖爆破裂面以張性為主，局部有剪切破裂的現(xiàn)象。頌從爆裂聲方面域看，有強(qiáng)有弱潔，有的沉而悶漆，有的清而脆銳?？傮w看來，扯聲響如悶雷的疾巖爆規(guī)模較大姜，而聲響清脆憂的規(guī)模較小，母有的伴隨著聲種響可見破碎處例冒巖灰。絕大宋部分巖爆伴隨霧著聲響發(fā)生，久既使在施工干非擾下，也能聽沉到圍巖內(nèi)部的司爆裂聲芒。撲從彈射程度上鼠看，其巖爆基綱本上屬于弱彈它射和無彈射兩玉類。一般洞室院巖爆屬于彈射像類，其彈射距媽離小于畫2m軌，卡為愁0.立8討～拐2m哨不等；靠山側(cè)井下部巖爆屬于曲無彈射類，僅習(xí)僅是將巖面劈殘裂形成層次錯(cuò)縫落的小塊或脫燥離母巖滑落的驅(qū)大塊巖石，且斤可以明顯地觀慧察到圍巖內(nèi)部毫已形成空隙顆。乓3道xx鼻隧道巖爆團(tuán)的分布規(guī)律闖在駁xx正隧道疤中，巖爆械發(fā)生點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如月下：炒表半2鳴激巖爆正發(fā)生點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表右離掌子面距離模部綱霞位乎1~孩1毫0m矛1終0~派20琴m單2留0~鍬3匪0m帝3痛0~覺4牧0m鈴40屢~爽50揉m愉>鴿50m黑拱部噴27夸21繳9代5拍2群1統(tǒng)墻身先16蹲14破8揉4濤1粥0坡底板幼3清2宣0惱0身0熟0景小計(jì)西46占37鴿17飛9網(wǎng)3旅1渾圖話1燕獎(jiǎng)巖爆盼發(fā)生次數(shù)與離芽掌子面距離關(guān)狂系圖巖爆發(fā)生點(diǎn)離掌子面距離（m）巖爆發(fā)生點(diǎn)離掌子面距離（m）巖爆發(fā)生次數(shù)（次）安通過分析我們跑得到減以下幾個(gè)規(guī)律若：恨(繩1)蜘巖爆段巖體表錄面十分干庸燥慨,談并具有地下水物的部位則不發(fā)粒生巖爆活動(dòng)的雖現(xiàn)象?；?序2)罰巖爆活動(dòng)在隧外道拱頂和兩側(cè)糖邊墻部位較為乓強(qiáng)勺烈輛,輝經(jīng)常造成通風(fēng)長設(shè)施和照明線喝路的破壞和人碧員設(shè)施的損餐傷糟,宇危害性較大。鐵(儉3)勵(lì)巖爆區(qū)段的洞由室垂直埋深在概7雨5掛0繞～英1奇3站00m爽之間。河谷下辜切，岸坡陡峻扯的地形亦可能幕形成較高的地咐應(yīng)冬力慮(造盡管側(cè)向埋深燒不歌大暑)槳。腥(戀4途)談巖爆均發(fā)生在幣圓型洞室拱頂僅偏河床刪側(cè)較10?！銕Z～摔70膚°缺范圍內(nèi)和洞室警斷面下部靠山蜻側(cè)與之對稱的講部位，以及大仿體與山坡平行為線相切的位置狐，而在靠山側(cè)邁上部和靠河床毯側(cè)的下部均未敵發(fā)生巖爆叛。湖烘偶質(zhì)(潮5礙)岔巖爆頻率與距滲掌子面距離存污在一定的聯(lián)系頁，通過記錄到眠的巖爆資料分收析得知，巖爆臭有兩個(gè)高發(fā)區(qū)屠。第一個(gè)高發(fā)突區(qū)是在距掌子黨面繼2暢～豈3m刺以內(nèi)，往后逐豐漸減少，梅至邊1胳倍洞徑跨處逐代漸增加熊到剛1.迎2敘～譜1.級5渣倍洞徑處形成生第二個(gè)高發(fā)區(qū)亂，隨后逐漸減斧弱；但也有距壇掌子面數(shù)百米涼距離發(fā)生巖爆得的例子，其最胳大距離達(dá)淘41爬1眾。隱4謎xx節(jié)隧道巖爆李防治措施輕根據(jù)對巖爆產(chǎn)截生原因的分析銀，我們制定了贈(zèng)以下防治措沙施萬:語4.1泛赤前期資料研究雨、猛地質(zhì)段預(yù)測預(yù)報(bào)樓及監(jiān)控量測鉤“更預(yù)防為主，加往強(qiáng)監(jiān)應(yīng)測尸”揉，延在前期嘩認(rèn)真研究設(shè)計(jì)拐資料，找出可助能發(fā)生巖爆的接大致地段竭，以然后快根據(jù)開挖后的侮地質(zhì)情況進(jìn)行屠力學(xué)分析，判認(rèn)斷有無可能發(fā)崗生巖爆雞，浴對隧道地貌進(jìn)欠行分析，看隧酸道附近有無應(yīng)票力集中的地貌辛。撤后期殿采用鉆孔法休、地震波預(yù)測訴法座或節(jié)聲發(fā)換射得(觸A巡-辨E預(yù))林法檢進(jìn)行探測龜，杜同時(shí)輔以監(jiān)控黨量測，條做好超前地質(zhì)惕預(yù)驟報(bào)級,雪提前做好防范班工作爬。團(tuán)4趨.川2罷涌超前應(yīng)力解除貪在主應(yīng)力方向達(dá)及竹洞壁驚方向，打超前范應(yīng)力釋放孔內(nèi)或預(yù)切槽法，墨開挖時(shí)可采取蟲分步開挖。這勒樣慶,耽就可人為地主疲動(dòng)給巖體提供習(xí)一定的變形空鍛間撒,塊使其內(nèi)部的高港應(yīng)力得到有效良降賺低密,宴從而達(dá)到預(yù)防坊巖爆的目的，男釋放出巖石部酒分應(yīng)力。飽4練.厚3譽(yù)調(diào)噴、注高壓水腥降低巖體強(qiáng)度豐在工作面和附叼近洞壁上打搜孔愧,尼也可利用炮眼貸孔和錨桿府孔貫,餐向巖層表面噴益水和向深部巖獄體注蛛水尺,喝使水滲到巖體涼的內(nèi)部空隙壤中緣,抄降低巖石強(qiáng)度兵和彈性模卸量槽,綢提高巖體塑性決變形能閘力去,吧減緩巖爆。漢響炮后盡快向嘉碴堆、洞壁、賤掌子面噴水，即以降低巖爆的勿劇烈程度。焰4.4券選擇合適的開道挖方式引由于巖爆是高跟應(yīng)力集中的結(jié)阿果宅,鴨因頁此勾,襲可采用鉆爆輸法塔(齊鉆孔爆破卸載西法坡)摔使高度集中區(qū)磚的應(yīng)力得以部把分釋放或轉(zhuǎn)移拐。然而由于重限復(fù)爆破振四動(dòng)動(dòng),添對掌子面前方印一定范圍內(nèi)的臟圍巖仍起到一桿定破壞作畢用鉛,餅因丹此幸,炕建議降低起爆鍵用藥貍量泄,蘭提高光面爆破不效意果洽,蜻使開挖面盡可煌能圓順一低些采,卵避免局部應(yīng)力董集中。淡通過控制爆破倍改變洞室形狀僚，提高爆破質(zhì)啞量搞好光面爆猜破，以改善洞派壁應(yīng)力分布，般控制巖爆的發(fā)數(shù)生。橫4.5搜孟增設(shè)臨時(shí)防護(hù)釀設(shè)施哨在臺車和其它削設(shè)備上安裝防名護(hù)網(wǎng)、防護(hù)棚伴架澆,排在開挖工作面對附近的巖爆部昏分加掛鐵絲逼網(wǎng)碑,址防止巖爆時(shí)發(fā)咳生彈射和巖塊靈墜落傷人和損適傷機(jī)具設(shè)備。發(fā)4.6織綱加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)猾采用噴砼、噴手鋼纖砼、錨桿密加密加長加掛貌鋼筋網(wǎng)、增加飄鋼支撐等措川施徑,灌提高臨時(shí)支護(hù)頌效洽果對,?？擅黠@提高巖島爆施工段的安聯(lián)全度。僚4.7善界選擇適宜的錨抹桿類型及錨桿檢的長度和密度排錨桿的類型有用多紗種辣,凱如砂漿錨桿、錯(cuò)樹脂錨桿、邁詢式錨桿、縫管運(yùn)式錨桿等。一樹般在重巖爆區(qū)轟以選擇摩擦力殃、膨脹力大的請錨桿為宜。錨膀桿的長度和密環(huán)度應(yīng)根據(jù)一般宜發(fā)生部位的圍榮巖結(jié)構(gòu)條件、乳巖爆的強(qiáng)烈程揉度確定。邊墻攀和拱頂錨桿長鵲度一般栽為略1.5畜~幟3.5m磚,渡間距蒜為灣1.5罰~屑2.0m囑,滑梅花形布置。揀若開挖回面塵(騾掌子挑面蹲)速發(fā)生巖機(jī)爆稿,雄該處錨桿要適會(huì)當(dāng)加湯長遞,雄原則上是每一歐循環(huán)進(jìn)尺的兩研倍爽,辨以便在一次栽循環(huán)后仍有一拔米的錨桿存留擁在巖體費(fèi)中淘,抹對開挖面繼續(xù)糠起著加固作霸用賠,次密度一柜般衫2唱至險(xiǎn)3靠米一根。錨桿樸主要安裝在可譽(yù)能發(fā)生巖爆和齒巖爆頻繁發(fā)生幕的部專位五,既安裝方向應(yīng)盡為量垂直洞壁面炸和開挖面。巖削爆嚴(yán)重地段錨衡桿應(yīng)加托板。學(xué)錨桿安裝的時(shí)飯間擾,乘對于放炮后拱牧部即發(fā)生巖爆浪的區(qū)抖段羨,前應(yīng)在該循環(huán)打覆炮時(shí)在開挖面敵邊緣沿開挖方答向打斜向上的匠超前錨半桿坑,要放炮后再及時(shí)語增加垂直洞壁沃錨披桿獄,圓對于滯后型巖酬爆重,我可在放炮出渣睛后在可能發(fā)生旅的巖爆部位安蠢裝垂直洞壁錨扁桿。系4.8廁格柵拱架與錨抵桿、錨噴網(wǎng)聯(lián)塌合支護(hù)抽在中等或強(qiáng)烈鑄巖爆活動(dòng)部動(dòng)位默,互采用格柵拱架哈、錨桿、錨噴截網(wǎng)聯(lián)合支棚護(hù)呆,陽可有效地提高經(jīng)結(jié)構(gòu)的整體支瓣護(hù)能杏力遺,什同時(shí)施作網(wǎng)噴脆砼薦,拋可以防止碎塊幣的彈射和塌落作。拒4.9銳興改善施工方法班在短掘進(jìn)撞施工中短進(jìn)尺濃、多循環(huán)作業(yè)質(zhì)過程申中蘭,粗叨改善圍巖應(yīng)力旅狀態(tài)滅，將應(yīng)及時(shí)支虛護(hù)旨,澡以盡量減少巖商體暴露時(shí)間和壽面顆積材,犯可防止或減少汽巖爆發(fā)生。獵在巖爆嚴(yán)重地倆段傭,之將全段面一次倆開挖改為分部逐開動(dòng)挖底,虎可以使應(yīng)力逐瘦步釋尊放茫,失同時(shí)將深孔爆專破改為淺孔爆瘋破痕,顧以減少爆破對弟圍巖的擾竄動(dòng)效,箱達(dá)到降低巖爆右危害程度的目輝的。底4.10妥患待避挎在巖爆較為猛朋烈的時(shí)繭候制,冶為防止飛石傷龜人藝,竿可在安全距離烤躲避一段時(shí)露間盯,椒直到巖爆平靜妹為止。還可通氣過巖爆監(jiān)測方鄙法來確定待避災(zāi)時(shí)間。繁4.11選現(xiàn)場閉管理措施絮對車輛機(jī)械易盯損部位和駕駛他室上部加焊鋼梅結(jié)構(gòu)防護(hù)棚銜。翻拴施工人員配帶侍鋼盔和防彈背別心奔,初對管理人員和阻施工人員加強(qiáng)暑巖爆知識教帶育撒,估嚴(yán)格執(zhí)行隧道掏施工的安全規(guī)慣定銹,秀強(qiáng)化個(gè)人防護(hù)講意識。愉5揚(yáng)坡xx封隧道巖爆防治問措施蕩效果對比盤表勵(lì)3武釋巖爆防治措施翁效果父評價(jià)劫表卷巖爆防治措施芳防治效果稻評價(jià)質(zhì)1隨4.1膀前期資料研究業(yè)、地質(zhì)預(yù)測預(yù)核報(bào)及監(jiān)控量測大對巖爆的發(fā)生擾有遼預(yù)測挑意義，對下一葵步施工有鎮(zhèn)指導(dǎo)意義揪2轎4.2稀疼超前應(yīng)力解除朗采用后小效果盟明顯而且安全要，但成本增加甘較大阻，施工干擾大蹤，嚴(yán)重影響施浸工進(jìn)度那，一般僅在強(qiáng)壁烈型巖爆中采腹用丑3低4.3合丙噴、注高壓水何降低巖體強(qiáng)度塔巖爆減少不明那顯，傷發(fā)現(xiàn)效果一般扯4鹽4.榨4捐選擇合適的開興挖方式句巖爆減少不明箭顯，延發(fā)現(xiàn)效果一般妹5秋4.5不稼增設(shè)臨時(shí)防護(hù)鳳設(shè)施創(chuàng)簡單朽實(shí)用，但對彈臣射型巖爆效果返差甚6鍛4.6才淡加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)慧效果明顯例，但對強(qiáng)烈型施巖爆效果差溪，乎成本增加較大蠅，級自身施工不安揚(yáng)全，對前期巖