高速公路隧道施工巖爆防治技術(shù)分析
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摘要：本文主要針對(duì)高速公路特長(zhǎng)隧道施工引爆的相關(guān)防治技術(shù)進(jìn)行探究，希望能為高速公路特長(zhǎng)隧道項(xiàng)目地順利穩(wěn)定施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
引言
高速公路特長(zhǎng)隧道由于埋深較大，圍巖整體性良好，在實(shí)際施工過(guò)程中難免會(huì)遇到施工巖爆問(wèn)題，導(dǎo)致巖層出現(xiàn)爆裂情況，影響施工人員的生命安全。因此，需要加強(qiáng)對(duì)高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆特征的研究，明確施工巖爆的相關(guān)防治措施以及預(yù)防手段，保證工程項(xiàng)目建設(shè)可以順利穩(wěn)定的開(kāi)展，提高工程項(xiàng)目建設(shè)的整體效益。通過(guò)對(duì)武九高速高樓山隧道巖爆發(fā)生情況進(jìn)行研究，對(duì)隧道工程巖爆防治技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，在現(xiàn)場(chǎng)巖爆處治過(guò)程中取得了良好的效果。
1高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆概述
1.1特長(zhǎng)隧道施工巖爆定義
施工巖爆指的是當(dāng)隧道以及地下工程穿越堅(jiān)硬穩(wěn)定的圍巖，而且處于高地應(yīng)力地區(qū)時(shí)，由于開(kāi)挖封閉巖層之后，地應(yīng)力大規(guī)模釋放，導(dǎo)致圍巖突然破壞，從而造成巖塊拋擲、彈射的問(wèn)題，內(nèi)部比較大的彈性應(yīng)變能在短時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái)。隧道巖爆問(wèn)題是隧道施工過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題之一，嚴(yán)重影響工程項(xiàng)目建設(shè)的順利安全進(jìn)行，給施工人員帶來(lái)了人身安全威脅，需要加強(qiáng)對(duì)施工巖爆現(xiàn)象的研究，提前發(fā)現(xiàn)施工巖爆問(wèn)題并做好處理工作，盡可能的避免巖爆對(duì)工程項(xiàng)目整體建設(shè)所造成的影響與破壞[1]。
1.2特長(zhǎng)隧道施工巖爆原理
一般來(lái)說(shuō)，高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆現(xiàn)象的發(fā)生主要由內(nèi)部因素和外部因素兩部分因素導(dǎo)致的。內(nèi)部因素指的是巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身所儲(chǔ)存的大量能量，使得在超過(guò)巖體強(qiáng)度以及承受能力的外界刺激下產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。外部因素一般是指由于施工過(guò)程中機(jī)械設(shè)備和人力因素對(duì)巖層整體環(huán)境的影響，導(dǎo)致巖體載荷穩(wěn)定性發(fā)生變化，從而破壞了原有巖層的平衡狀態(tài)而引起巖爆問(wèn)題。其次，特長(zhǎng)隧道施工巖爆現(xiàn)象又與施工項(xiàng)目所處的環(huán)境和區(qū)域有關(guān)，在應(yīng)力相對(duì)較大以及集中的環(huán)境當(dāng)中，巖體本身硬度和脆度比較大。受到隧道掘進(jìn)過(guò)程中外部荷載因素的影響，導(dǎo)致圍巖受力不斷增加而超過(guò)強(qiáng)度極限，使原本圍巖裂縫持續(xù)擴(kuò)大，從而造成圍巖斷裂現(xiàn)象而發(fā)生巖爆事故。工作人員在開(kāi)挖具有較大截面的巖石時(shí)，通常會(huì)采取大徑尺和大藥量的光面爆破，雖然可以有效加快施工效率，但是往往會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生大規(guī)模的破壞，導(dǎo)致掌子面載荷的劇烈變化，引起個(gè)爆破孔內(nèi)部應(yīng)力的持續(xù)積累，使原有的應(yīng)力環(huán)境發(fā)生明顯變化，對(duì)微觀圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響造成圍巖應(yīng)力累積而引起損傷。巖層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的大量裂縫也伴隨著掩體細(xì)微顆粒的作用而產(chǎn)生嚴(yán)重的巖爆現(xiàn)象[2]。
1.3巖爆產(chǎn)生的基本條件
高地應(yīng)力和堅(jiān)硬圍巖是高速公路特長(zhǎng)隧道巖爆事故發(fā)生的兩大基本條件。地應(yīng)力與埋深有很大關(guān)系，高速公路特長(zhǎng)隧道施工地應(yīng)力一般包括殘存應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力以及巖體的自重應(yīng)力。包括垂直應(yīng)力、最大水平應(yīng)力以及最小水平應(yīng)力三個(gè)分量。地應(yīng)力的大小與地殼運(yùn)動(dòng)生成年代、埋深地質(zhì)構(gòu)造以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有密切聯(lián)系，通常來(lái)說(shuō)，埋深越大地應(yīng)力越大，發(fā)生巖爆的概率也越大。其次，巖石的脆性與巖爆事故發(fā)生有密切的聯(lián)系，根據(jù)調(diào)查研究顯示，巖爆絕大多數(shù)發(fā)生在花崗巖、片麻巖、石英巖、灰?guī)r、大理巖、生長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等巖石脆性較大的地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中。另外，圍巖級(jí)別也在一定程度上會(huì)影響巖爆的程度，工作人員可以結(jié)合相關(guān)案例以及實(shí)際地質(zhì)條件，用圍巖級(jí)別判斷巖爆強(qiáng)度。
2特長(zhǎng)隧道施工中存在的難點(diǎn)
2.1巖爆現(xiàn)象
隧道往往會(huì)在整個(gè)山體當(dāng)中進(jìn)行貫穿，在應(yīng)力以及巖性作用的影響之下，非常容易出現(xiàn)巖爆的情況，如果混合巖低段以及深埋低段大于200m，那么巖爆的發(fā)生率就會(huì)比較高，一旦存在巖爆的情況，不僅會(huì)對(duì)施工人員的人身安全造成比較嚴(yán)重的威脅，而且也會(huì)嚴(yán)重的影響施工質(zhì)量。
2.2涌水現(xiàn)象
涌水問(wèn)題在高速公路的特長(zhǎng)隧道當(dāng)中也屬于一種比較常見(jiàn)的問(wèn)題，這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)施工人員的具體人身安全造成比較嚴(yán)重的影響。出現(xiàn)這種情況主要是由于在施工的過(guò)程當(dāng)中對(duì)隧道的含水層進(jìn)行了破壞，最終會(huì)使得水動(dòng)力條件以及圍巖力學(xué)等情況出現(xiàn)了一定的變化，這種動(dòng)力破壞會(huì)使得水涌現(xiàn)象出現(xiàn)，最終涌水問(wèn)題會(huì)對(duì)隧道內(nèi)部的相關(guān)結(jié)構(gòu)造成比較嚴(yán)重的影響。
2.3塌方現(xiàn)象
如果在特長(zhǎng)隧道當(dāng)中存在沖溝、水庫(kù)以及水塘等，或者存在一定的溶洞以及裂縫等，就會(huì)非常容易出現(xiàn)塌方的情況，面對(duì)這種問(wèn)題，在處理的過(guò)程中會(huì)實(shí)施支護(hù)設(shè)計(jì)以及管線布置，但是，施工難度是比較大的。
2.4巖溶問(wèn)題
巖溶指的是水對(duì)于可溶性巖石存在化學(xué)溶蝕的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象一般出現(xiàn)于喀斯特地貌當(dāng)中，如果在施工的過(guò)程中，遇到這些問(wèn)題，會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的裂縫，這樣以來(lái)，就會(huì)對(duì)防水效果造成比較嚴(yán)重的影響，與此同時(shí)巖溶也會(huì)對(duì)鋼筋起到溶蝕的作用，最終就會(huì)嚴(yán)重的影響施工。
3高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆的防治技術(shù)
3.1加強(qiáng)對(duì)高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆事故的預(yù)測(cè)
做好高速公路特長(zhǎng)隧道施工之前現(xiàn)場(chǎng)施工條件施工環(huán)境以及地質(zhì)構(gòu)造的勘察，并做好準(zhǔn)備工作是后續(xù)隧道施工活動(dòng)可以順利穩(wěn)定開(kāi)展的前提。工作人員需要加強(qiáng)對(duì)施工之前勘察工作的重視，明確巖爆事故發(fā)生的主要原因以及誘導(dǎo)因素，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決和預(yù)防。工作人員可以采取典型的應(yīng)力強(qiáng)度筆法、彈性應(yīng)變能指數(shù)法等相關(guān)預(yù)測(cè)方法對(duì)巖爆發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用隧道洞壁最大切向應(yīng)力以及巖石單軸抗壓強(qiáng)度的比值，確定巖爆發(fā)生的力度。比值小于0.15時(shí)通常不會(huì)發(fā)生巖爆，二者比值如果大于0.15，低于0.25時(shí)，通常會(huì)發(fā)生中強(qiáng)度的巖爆。當(dāng)二者比值大于0.25時(shí)，通常會(huì)發(fā)生比較強(qiáng)烈的巖爆。工作人員可以根據(jù)預(yù)測(cè)所得的結(jié)果采取針對(duì)性的預(yù)防措施，盡可能的避免巖爆所造成的大規(guī)模事故和人員傷害。
3.2做好施工過(guò)程的組織和管理工作
工程項(xiàng)目施工人員在進(jìn)行施工過(guò)程中，必須要嚴(yán)格按照施工圖紙規(guī)劃以及施工方案開(kāi)展施工，相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)管理人員要做好施工組織工作，要求施工期間項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人能夠24小時(shí)在掌子面值班，并建立起系統(tǒng)完善的安全監(jiān)控部門(mén)，做好施工人員的安全教育工作，提高施工人員的安全責(zé)任意識(shí)。在具體施工過(guò)程中，工作人員需要利用潛孔鉆機(jī)鉆出長(zhǎng)度和直徑一定的超前鉆孔，從而能夠有效釋放出圍巖中的高地應(yīng)力。超長(zhǎng)隧道施工進(jìn)入到較強(qiáng)圍巖爆段后，工作人員需要組織及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法，先可以在斷面下部開(kāi)挖寬度和高度為四米的下導(dǎo)坑，然后再逐漸擴(kuò)大斷面，使得圍巖中的高地應(yīng)力可以提前釋放出來(lái)，避免施工過(guò)程中高地應(yīng)力短時(shí)間大規(guī)模的釋放而造成的巖爆現(xiàn)象，通過(guò)上述方式處理和預(yù)防之后施工過(guò)程中基本不會(huì)發(fā)生較強(qiáng)烈的巖爆問(wèn)題。在開(kāi)挖施工期間，為了防止施工過(guò)程中發(fā)生的巖爆事故，還需要提前做好護(hù)頂工作。首先，工作人員需要進(jìn)行爆破開(kāi)挖活動(dòng)，利用薄鋼板進(jìn)行防護(hù)，并使用噴射機(jī)械手將鋼纖維混凝土噴射到墻面、掌子面和拱面，并搭設(shè)邊墻上部的安全防護(hù)錨桿。同時(shí)，工作人員需要在掌子面上鉆出直徑和長(zhǎng)度一定的孔，并注入高壓水，軟化圍巖，使得圍巖應(yīng)力可以得到快速的釋放，降低巖爆產(chǎn)生的烈度。
3.3改善圍巖物理力學(xué)性質(zhì)
在施工過(guò)程中，工作人員需要明確誘發(fā)巖爆的主要因素，并采取有效措施進(jìn)行處理和解決。常用的預(yù)防高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆現(xiàn)象的主要措施包括爆破之前加裝底部炸藥，適當(dāng)炸裂掌子面前方圍巖，使原有的圍巖內(nèi)部產(chǎn)生裂縫而誘導(dǎo)應(yīng)力提前釋放。同時(shí)工作人員也可以在爆破之后及時(shí)向掌子面以及附近圍巖噴灑高壓水，以降低附近溫度，從而可以避免圍巖在開(kāi)挖之后發(fā)生過(guò)度膨脹現(xiàn)象。另外，工作人員還需要注意做好超前圍巖的應(yīng)力的調(diào)整，主要可以通過(guò)超前地應(yīng)力祛除爆破以及鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔兩種方法進(jìn)行應(yīng)力解除。超前地應(yīng)力祛除爆破是通過(guò)超前預(yù)爆破，使得掌子面前方隧道一定范圍內(nèi)的巖體產(chǎn)生裂縫，而調(diào)整原來(lái)比較高的對(duì)地應(yīng)力。通過(guò)改善已經(jīng)開(kāi)挖或者準(zhǔn)備開(kāi)挖地段的坑道受力狀況，能夠有效避免巖爆現(xiàn)象的發(fā)生，降低巖爆發(fā)生的烈度和影響。
3.4做好施工過(guò)程中的支護(hù)管理工作
巖爆事故是高速公路特長(zhǎng)隧道施工過(guò)程中作為常見(jiàn)的事故之一，對(duì)工程項(xiàng)目順利可靠的建設(shè)以及施工人員的生命安全都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，影響工程項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要做好對(duì)高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆防治技術(shù)的研究，通過(guò)防治結(jié)合的方法進(jìn)行施工巖爆事故的處理和預(yù)防。首先，對(duì)于強(qiáng)烈?guī)r爆問(wèn)題，工作人員需要事先在掌子面打超前錨桿，并通過(guò)開(kāi)挖前方圍巖鎖定的方式進(jìn)行應(yīng)力解除，要求錨桿的長(zhǎng)度必須要大于開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺的兩倍左右。其次，在掌子面放炮排煙之后，雖然可以通過(guò)預(yù)處理危石的方法避免巖爆事故，但是仍然會(huì)有比較大的危石，影響工作人員的安全。因此，工作人員可以隨機(jī)性的家打若干錨桿，保證施工的安全性和可靠性。另外，在放炮通風(fēng)排煙找頂處理危石之后，工作人員要快速?lài)婁摾w維混凝土，保證巖面的平直和順滑，從而使結(jié)構(gòu)具有更大的柔性和抗剪能力。
3.5重視施工環(huán)境的管控
關(guān)于施工環(huán)境的具體管控，指的是對(duì)特長(zhǎng)隧道工程周邊的建筑、水文地質(zhì)環(huán)境以及氣象環(huán)境等實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)管，關(guān)于對(duì)施工質(zhì)量造成影響的一些環(huán)境因素，一定要進(jìn)行詳細(xì)的分析。在操作的過(guò)程中，一定要按照要求來(lái)完成水文地質(zhì)的具體調(diào)查，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)施工環(huán)境以及施工方案之間存在的矛盾點(diǎn)，提前實(shí)施處理，這樣才可以保障特長(zhǎng)隧道在施工的過(guò)程中具備安全性，耐久性以及穩(wěn)定性等，與此同時(shí)，要對(duì)氣象問(wèn)題進(jìn)行良好的把握，和具體氣象變化情況相結(jié)合，這樣才可以使得施工方案以及施工流程得到更好的完善，想要保障一定的施工進(jìn)度，一定要對(duì)施工管理水平進(jìn)行不斷的提高。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，公路特長(zhǎng)隧道施工通常持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，涉及到的人員、設(shè)備、材料較多，在施工過(guò)程中難免會(huì)遇到巖爆問(wèn)題，影響工程項(xiàng)目順利穩(wěn)定建設(shè)，需要加強(qiáng)對(duì)高速公路特長(zhǎng)隧道施工巖爆現(xiàn)象的研究與探討，明確施工巖爆問(wèn)題發(fā)生的主要原因和誘導(dǎo)因素，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決和預(yù)防，保證工程項(xiàng)目施工可以正常推進(jìn)，提高高速公路特長(zhǎng)隧道施工項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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作者：劉小冬 單位：中交四公局八公司