王磊
（中国水利水电第三工程局有限公司 陕西 西安 710016）
【摘要】在埋深较大的地下工程中，极有可能出现由高地应力而产生的围岩破坏现象。根据岩石硬度的不同，在坚硬岩石段极可能出现岩爆现象。岩爆对地下工程的安全及进度等影响较大，现就对由高地应力产生的岩爆现象应对方法及措施进行分析说明。
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关键词 地下工程；高地应力；岩爆；应对措施
1.概述?
（1）在高地应力地区进行地下工程施工，对围岩的破坏主要表现为岩爆和大变形，岩爆主要针对硬脆性岩体，大变形主要在软岩段发生。?
（2）高地应力隧道施工中，在岩体质地坚硬、干燥少水的环境下，易出现岩爆现象；在围岩类别较低时，易发生软岩变形而引起的塌方。?
（3）不论出现那种类型的破坏，都对工程的安全、工期及质量产生了较大影响，提前判别高地应力状态，预测破坏形式，有效地采取应对措施可以对工程的进展产生积极作用。
2.高地应力区岩爆防控关键技术?
岩爆是围岩失稳后可能会出现外在表现的一种，应力释放大小和释放时间能反映出岩爆的强烈程度。对于地下工程可能发生岩爆的区段，是一个潜在的危险源，其对施工安全影响巨大，尤其表现在对施工设备及人员上。因此倍受国内外学者、工程师的关注。在高地应力区地下洞室的施工中，岩爆的防控措施是施工必须重视的问题。根据高地应力释放特性提出了以下岩爆防控技术。
2.1时间分期控制法。
时间分期控制法的要点是根据施工及应力释放过程中各个阶段特点，分别采取不同措施来防控岩爆发生。其核心内容为“开挖前超前释放与超前支护结合，开挖后由浅至深的分层适时支护相结合，中后期释放岩体二次加固加以稳定”。其原理是改善围岩应力条件，控制性地进行应力逐步释放。主要控制方法要点如下：?
（1）开挖前应力超前释放与超前支护结合。采用爆破或其它方式，对未开挖的区域进行超前应力释放，应力释放总量可达到30～50%。在围岩内部形成破碎带，使掌子面及洞壁岩石应力超前释放；在岩爆严重时可进行斜向超前钻孔，在离洞壁以外一定的距离外进行岩石内部爆破，形成一定厚度的人工破碎带，降低洞壁围岩应力，使岩爆烈度大为缓和或不发生岩爆。采取的方式主要有：超前钻孔释放，超前预裂爆破，超前导洞开挖，先行岩体注水。?
（2）开挖后由浅至深分层适时支护相结合。依据监测或者数值计算，当发生的位移总量达到围岩变形稳定总位移的某个百分比时，适时进行支护。一般来说开挖后及时完成岩面的钢纤维喷射混凝土封闭，然后及时进行浅锚杆支护。根据应力调整及释放的时间变形关系线可以确定支护时间，当锚杆应力或变形到一定量级后，再进行长锚杆或锚索的支护。?
（3）中后期应力释放，岩体二次加固加以稳定。中后期应力释放，岩体二次加固是针对大洞室，大变形或松动圈过大的区域，采取对松动圈补强加固的方式来加强支护。采用灌浆等方式再次提高松动岩体的自身承载能力，来达到应力场调整的平衡，并防止松动圈大于锚杆锚固深度。采取的方式主要有：加强固结灌浆的加固方式，加强锚索支护，加强预应力锚杆。?
2.2空间分区控制法。
空间分区控制法的核心内容为“化整为零，分区释放，分区稳固与总体稳固相结合”。在分层分区开挖支护过程中，将应力逐步释放完成。其中需注意的是分区稳定与总体稳定的关系，分区稳定主要是针对局部岩爆的控制问题，可采用时间分期控制法来解决，但是对于大洞室区域性的整体稳定安全问题非常复杂，因为影响因素众多，一般要采用三维有限元进行开挖支护的全过程模拟分析，才能进行有效的控制。采取的施工方式主要有：超前导洞开挖法，分层分区开挖法，先小后大、先洞后墙开挖法，并通过采用合理开挖方式和合理的爆破方式，达到有效的空间分区控制目的。?
2.3高地应力岩爆段的应对措施
如何应对施工中高地应力尤其是强岩爆带来的问题，是工程每个参建者不可忽视的。根据在一批高埋深、高地应力、强岩爆工程实践中总结的经验，采取微震监测+应力解除爆破，爆破后及时支护紧跟掌子面的综合措施，能大大提高施工的安全性、加快施工速度、提高工程质量。
2.3.1微震监测。?
（1）原理：微震是指在受外力作用以及温度等的影响下，岩体等材料中的一个或多个局域源以顺态弹性波的形式迅速释放其能量的过程，微震起源于材料中的裂纹(断层)、岩层中界面的破坏、基体或夹杂物的断裂。采用微震监测仪器来采集、记录和分析微震信号，并据此来推断和分析震源特征的技术称为微震监测技术。〖JP?
（2）高地应力作用、高深埋的长大隧道中，针对在工程施工阶段出现的岩爆等灾害。合理的应用微震监测技术，可以对岩爆等地压灾害实现有效的监测，确保施工过程的安全生产。?
（3）根据一些工程中采用的微震监测设备，对隧道进行的流动抽样监测中，通过实时采集到的微震数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。利用此项技术可以对施工现场可能出现的岩爆灾害进行提前预警，对开挖后的掌子面进行有针对性的支护，大大提高工程的安全性。微震监测设备传感原件布置位置见图1所示，实际施工中可根据现场情况进行调整。?
（4）根据监测到的微震事件，再通过传感器传回主机的数据，可以很直观的反映在三维图上，从而让工程技术人员提前对现场可能出现的岩爆进行预警，改以往的被动为主动，大大提高工程的施工安全和加快施工进度。?
2.3.2应力解除爆破。
应力解除爆破是在可能发生岩爆的洞段内，通过人为的方法来解除高地应力。
具体做法为：通过预先在垂直于掌子面的方向钻孔爆破，形成一个超前掌子面内一定深度的岩体破碎带，从而提前将应力释放，使岩爆产生的危害大为降低。实际操作中，根据地质资料及监测数据所能得到的掌子面前方应力状况，针对不同强度等级的岩爆采取不同的应对措施。?
2.3.2.1中等强度岩爆。
对于中等强度的岩爆，以开挖直径7.0m、单循环进尺2.0m长的隧洞为例，应力解除爆破孔布置如下：爆破孔沿外轮廓布置，孔与周边距离为0.5m，孔深4.5m，各孔向上倾斜5°，共布置9个；每孔装?32的药卷，单孔装药量为2.0Kg；装完后用锚固剂填孔；应力解除爆破孔先于掌子面其他孔起爆。具体布置见图2。?
2.3.2.2中等以上强度岩爆。?
（1）对于中等以上强度的岩爆，应力解除爆破孔需要加大孔深及加密布置，以开挖直径7.0m、单循环进尺1.5m长的隧洞为例，应力解除爆破孔布置如下：爆破孔沿外轮廓布置，孔与周边距离为0.5m，孔深5.0m，各孔向上倾斜15°，共布置12个；每孔装?32的药卷，单孔装药量为3.2Kg；装完后用锚固剂填孔；应力解除爆破孔先于掌子面其他孔起爆。具体布置见图3。?
（2）应力解除爆破孔采用不耦合装药，将?32×20cm的乳化炸药药卷用导爆索串联放入炮孔中，各孔再用非电管进行连网，具体装药结构和参数可根据现场情况进行调整。?
2.3.3支护系统。
在实际施工中，针对高地应力的洞段，结合岩爆发生的强烈程度，选择不同的处理方式。?
2.3.3.1弱岩爆洞段。
在爆破后，待通风排烟结束，立即组织人员、机械进行出渣工作，最好赶在岩爆发生前完成。出渣结束后，第一时间进行随机锚杆和喷混凝土工作。锚杆数量和布孔位置可根据现场实际情况而定；喷射可采用5cm厚的CF30纳米钢纤维混凝土来封闭掌子面。
2.3.3.2中等岩爆洞段。?
（1）中等强度岩爆洞段的处理方式与弱岩爆大致相同，只是在进行完上述措施后还需采取“加强”举措。具体做法为：采用水力膨胀式锚杆来加固围岩的稳定。水力膨胀式锚杆具有施工速度快、抗拉拔能力大、抗变形能力强等优点，在众多高地应力岩爆洞段得到广泛应用。?
（2）根据试验测得的数据，单根1米长的水力膨胀式锚杆在安装完成后，可以承受7t的拉力而不被破坏。即使岩爆发生使部分杆体丧失受力，保留在岩体内的部分也能正常发挥作用。水力膨胀式锚杆作用原理见图4所示。?
2.3.3.3强烈岩爆洞段。?
（1）当强烈岩爆发生后，所有施工人员及设备必须无条件的转移至安全的区域进行避让，待岩爆完成后再进入施工区域。?
（2）在实际中，强烈岩爆的发生并不是一次就完成的，往往会连续发生几次。所以在进行处理时往往要利用好时间差，在后续岩爆发生前进行必要的处理。?
（3）在强烈岩爆发生后，首先重复进行应对中等岩爆的措施，为后续的工作提供一个较为安全的环境。随后采用工字钢为骨架，利用钢筋焊接成整体，在拱架间布置钢筋网片，接着用喷混凝土进行喷射覆盖，喷射厚度可根据现场坍腔情况而定。
3.结语?
高埋深的地下工程中，由于高地应力产生的岩爆现象，给实际施工造成了很大影响，严重威胁了人员安全和拖延了直线工期。根据一批高埋深、高地应力、强岩爆工程实践中总结的经验，采取施工前预测、预报，并选择合理的处理方法，可以有效的减小不良地质条件给施工带来的影响。
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参考文献
［1］刘元华.高地应力地区施工技术.公路，2000年12月第12期.文档编号，0451-0712(2000)12-0027-03.
［2］祁宁春.高压大涌水、高地应力隧洞施工技术探索.爆破，第24卷，专辑，2007年12月.文档编号，1001-487X(2007)专辑-0171-04.
［3］梁强新.高地应力判别和岩爆预测方法.西部探矿工程.总第125期，2006年第9期.文档编号，1004-5716-(2006)09-0284-03.
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［文章编号］1006-7619（2015）07-09-464
［作者简介］(王磊（1983.7.23-），男，市场开发部技术主管，职称：工程师，水利水电施工技术方向，中国水利水电第三工程局有限公司。)
