白马铁矿1600主平硐深埋段岩爆特征与施工对策

向 世 东

(攀钢集团工程技术有限公司，四川 攀枝花　617000)

白马铁矿主平硐位于四川省攀枝花市米易县弯丘乡境内,隧洞全长4 738 m,隧洞开挖断面为44.166 m2～63.119 m2。这里山势雄伟,地质条件复杂。经地质勘察，隧洞分别穿过黄龙断层，万年沟断层，并在隧洞深埋段存在岩爆的可能。1600主平硐2003年12月19日开工，于2005年5月14日开挖至ZK2+385 m段发生岩爆。

1　1600主平硐岩爆现象及特征

1.1　岩爆现象

2005年5月14日，1604主平硐开挖至ZK2+385 m段时发生岩爆现象，拱部出现劈劈啪啪的爆裂声，随即片状岩块崩出，并沿岩层层面大面积脱落，侧帮也随后出现片落现象，岩爆片呈舌头状、不规则的片状物，中间厚，周边薄，脱落多与岩壁平行，隧道拱顶脱落后的岩面呈笋状或河流状，岩石稠密，周边锋利。

1.2　岩爆特征

1600主平硐最大埋深约600 m，在发生岩爆地段，隧道穿越以强度高、岩石较完整的硬质岩为主，岩爆从主平硐ZK2+385 m开始，至ZK2+398 m本段岩爆结束，岩爆较为连续，后又在隧洞掘进过程中，又陆续出现多段岩爆，强弱不同，总体来说，1600主平硐的岩爆现象主要有以下特征：

1)岩爆均发生在角闪正长岩体内，围岩类别为Ⅱ级、Ⅲ级，岩石强度高，完整性较好。地表埋深400 m～600 m，属深埋隧洞段。

2)岩爆在未发生前无明显征兆，也无空响声。一般岩爆发生在掌子面5 m～8 m范围内，是在该位置掘进开挖后的一段时间内发生，距齐头8 m最为强烈，一般是在3 h～12 h内，也有滞后1 d～2 d的，随着地应力值的增加而增强，延续数天时间。

3)岩爆在平硐掌子面与侧壁均有发生，在1600主平硐中，岩爆开始和结束地段以轻微岩爆为主，发出较为清脆“啪、啪”的声响，中间段岩爆较为强烈，发出的声响较为沉闷，伴随着“嘭、嘭”的声响并夹有其他声响。

4)岩爆呈劈裂破坏及剪切破坏两种，总体有爆裂和弹射两种现象，在1600主平硐中，以弹射这种现象居多，根据现场观察，其拱部和两侧边墙部多有岩爆破坏，拱肩部位也时有发生。

5)岩爆区段一般发生在隧洞深埋地段，岩石作业面干燥，岩质较硬，可能有岩爆现象发生，如裂隙发育、断层带、地下水出露的地方，无岩爆发生。

2　岩爆原因分析

岩爆经常出现在完整性较好；岩质较硬的隧道中，作为一种地质灾害对围岩结构进行破坏，在施工过程中带来很大的安全隐患。岩爆包括静力破坏和片剥两种基本形式。

在隧道工程中岩爆的产生需要具备：一是围岩中须存在高储能体，且其应力与围岩强度接近，是岩爆产生的内在原因，另外存在一些附加荷载是岩爆产生的外在原因。1600主平硐岩爆地段表埋深400 m～600 m，说明该地段有较高的地应力，有高储能体的存在，而且岩体强度等级较大，一旦其内应力超过或接近岩体强度，与开挖出现的自由临空面时，引起应力的重新分布，岩爆随即诱发，是岩爆发生的内因。而由于围岩类别为Ⅱ级、Ⅲ级，岩石强度高，完整性较好，岩石坚硬稠密，使在施工过程中，爆破药量增加，且不断施加到岩体上，导致开挖过程中会不断改变原有的应力分布状态，围岩便以岩爆的形式失稳，是产生岩爆的外因。

当1600主平硐岩爆段隧洞周边围岩开挖后，其侧压被卸除，造成岩石重新分布地质应力，一旦重新分布的地质应力达到岩体极限地质应力状态时，大量的岩质较硬的脆性岩体，随着隧道开挖，使得地质应力分布，围岩的地质应力及能量进一步集中，随即产生岩石地质应力释放，围岩被岩爆破坏，导致劈烈破坏和剪切破坏两种围岩失稳机制，岩爆于是产生。

3　1600主平硐岩爆施工对策

针对岩爆发生的原因，同时结合1600主平硐施工条件、围岩地质条件、隧道埋深等因素，在隧道施工可能产生岩爆的地段，提前采取积极有效的预防措施和隧道安全支护措施，以确保隧道岩爆地段施工安全，最终将岩爆发生的危害性及可能性降到最低。在1600主平硐岩爆地段采取岩爆施工对策如下：

1)在施工岩爆地段前，针对已有水文、地质资料，加以分析，首先确定1600主平硐区域较大地质应力的数量、等级，其次确定施工过程中易出现岩爆现象的部位及地段，通过对隧道开挖施工工艺、支护型式以及施工顺序进行优化，为隧道施工岩爆的提前预防、治理提供相应的依据。

2)在隧道施工过程中，为确定围岩地质应力的大小以及岩爆发生的可能性，尤为重要的是超前地质探测、预报，对隧道超前地质探测过程形成的地质编录，以及岩石特性描述进行详细的分析，以判别岩爆高地质应力可能发生地段、范围，并在施工中通过监控测量工作，以及对围岩和支护结构的现场观察，用于指导开挖和支护施工，以确保施工安全。

3)降低围岩地质应力。

避免隧道岩爆的发生，可以通过降低围岩地质应力，使围岩地质应力小于岩体强度。在隧道施工中通常采取：一是在隧道洞身开挖爆破过程中，采用“短掘短衬”，控制掘进钻孔深度在2.5 m以下，严格控制爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，同时在开挖过程中采用拱部掘进，以改善围岩的应力状态。二是在预测岩爆发生地段，对导致岩体应力集中的地段进行破坏，主要有对围岩超前钻孔、岩石松动爆破作业，以在围岩内部形成地质应力释放带，降低隧洞侧壁和掌子面地质应力，使围岩较高地质应力在深部发生，其采取的措施一般是在掌子面向前钻5个～6个，孔径45 mm～70 mm，深度为15 m～20 m的钻孔，若预测地质应力较高，应及时进行松动爆破，以达到提前降低或释放岩体内部应力的效果。

4)改善岩爆地段围岩特性。

在隧道开挖过程中，为消除或减缓岩爆程度，一般采取在隧道工作面附近岩壁喷水或钻孔注水的方法，可以改善围岩、软化围岩；通过加强隧道通风，可以降低工作面的温度，但对围岩的稳定有一定的影响。

5)加强岩爆地段隧道支护。

通过隧道支护，可以改变围岩地质应力分布，使隧道洞壁应力发散分布，以降低隧道掌子面以及两侧边墙、拱顶围岩应力大小。即在爆破开挖后，先向掌子面及1～2洞径段内围岩喷射3 cm～5 cm厚C20混凝土封闭岩面，并加设锚杆及钢筋网，必要时加设钢花拱进行喷射混凝土施工，或者在支护过程中采取跳段作业。在开挖过程一定要减少岩石暴露时间，开挖后立即进行初期支护作业，以减少岩层接触空气时间。

岩爆地段施工人员和设备进行必要的防护，保证施工安全。

4　结语

白马铁矿1600主平硐在业主、设计、监理、施工等各参建单位的大力配合和紧密合作下，深埋高地应力岩爆段施工已全部按照控制目标安全完成。虽然，在施工白马铁矿1600主平硐岩爆段施工中积累了一定的经验，但现有的预测及防治工作与生产实际还有一定的差距。由于深埋高地应力段岩爆问题本身的复杂性与多样性，且在长大隧道地质灾害中具有普遍性，加大对这类隧道发生岩爆机理及施工对策研究具有重大的现实意义。

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