隧道岩爆施工方案.docx

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隧道岩爆施工方案

隧道岩爆防治专项施工方案

1编制说明

1.1编制依据

、《XXXXX标招标图》；《XXXXX两阶段施工图》；

、国家和交通部现行有关工程的设计规范、施工指南、工程质量检验评定标准及安全技术规程；

、国家和四川省政府的有关法律、法规和条例、规定；

、现场详细的施工技术调查资料；

、施工单位资源状况、施工技术水平及管理水平；

1.2编制原则

、贯彻执行国家、交通部、当地政府制定的有关政策。

、按照公路工程施工程序，合理安排施工进度，保证质量，确保按期完工，节约资源，保护环境，取得社会和建设单位信誉。

、坚持科学性、先进性、经济性与合理性、实用性相结合的原则，采用先进的施工技术、科学的组织方法，合理安排施工。

、坚持高起点规划、高标准要求、高质量落实，全面实现质量目标的原则。

积极推广应用新技术、新工艺、新设备、新材料、新测试方法，采用国内外先进、成熟、可靠的方法和工艺，优化施工方案，实现安全、质量目标。

、坚持以人为本，安全生产的原则。

施工生产活动始终把人的健康安全放在首位，严格执行GB/T28001-2001职业健康安全管理体系，认真编制施工安全技术方案，加强过程控制，落实保证措施，保证安全生产投入，实现安全生产。

、加强质量管理，严把质量关，确保工程质量符合要求。

1.3编制范围

XXXXX合同段所有隧道弱岩爆段。

2工程概况

2.1线路概况

XXXX合同段位于XXXX境内，设计起讫桩号为K118+370～K126+000，全长7.63km。

标段工程施工范围为：

土石方15万方、防护圬工4.5万方、桥梁312.18m/4座、隧道7237m/3.5座（其中XX1883m、XX3126m、XX1482m、XX746m），合同总工期48个月。

2.2隧道主要工程量

序号

隧道

名称

线位

起点

桩号

终点

桩号

长度（m）

最大埋深

岩爆可能性

预计岩爆长度

m

m

1

XX

右线

K118+469

K120+355

1886

513

可能

300

左线

ZK118+477

ZK120+430

1953

300

2

XX

右线

K120+465

K123+591

3126

628

可能性大

500

左线

ZK120+496

ZK123+619

3123

500

3

XX

右线

K123+716

K125+197

1481

630

可能

270

左线

ZK123+718

ZK125+226

1508

270

4

XX

右线

K125+259

K126+000

741

900

可能性大

100

左线

ZK125+271

ZK126+000

729

100

3岩爆的特点及辨识

施工前除采取仪器测定外，应对岩爆有个基本的辨识，在施工过程中及时发现、及时采取应对措施，确保施工安全。

3.1岩爆的基本特征

岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。

岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。

轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。

严重的可发生石块弹射、冒落和突出等灾害。

隧道岩爆有以下特点：

①爆发生前，没有明显征兆。

隧道施工时，一般的敲帮问顶、清除悬浮石也无法检明出。

②岩爆发生的地点主要集中开挖工作面附近。

③岩爆发生的时间多在爆破后4-6小时，但也有的较迟缓。

④岩爆是由人工开挖诱导产生的，它与开挖方式及支护措施有直接相关。

⑤岩爆主要发生在埋深较大，所处岩层性状较单一，弹性模量等物理力学性能较高，能储存一定的应变能量。

3.2岩爆产生的条件

（1）近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；

（2）围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小；

（3）埋深较大（一般埋藏深度多大于200m）且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；

（4）地下水较少，岩体干燥；

（5）开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带。

（6）地质构造

岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。

岩爆与断层、节理构造密切相关。

当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。

岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。

掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。

3.3判断岩爆发生的应力条件

用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度Rc之比进行判断。

经验公式：

σ1/Rc>0.165～0.35（或Rc/σ1>6.06～2.86）的脆性岩体最易发生岩爆。

（Rc/σ1=4~7为高地应力,Rc/σ1<4为极高地应力）。

3.4地应力计算与隧道岩爆预测

3.4.1XX

隧道最大埋深达513m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，

最大垂直应力：

σH=γh=26KN/m3×513m=8.5MPa

最大水平应力：

Hmax=7.36+0.0225×513=25.52MPa

岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa

（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa

岩体初始压力σ1=34.00MPa≥（0.15～0.2）Rc

根据我国实测成果提出的岩爆判断：

当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。

3.4.2XX

隧道最大埋深达628m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，

最大垂直应力：

σH=γh=26KN/m3×628m=16.3MPa

最大水平应力：

Hmax=7.36+0.0225×628=21.49MPa

岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa

（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa

岩体初始压力σ1=37.79MPa≥（0.15～0.2）Rc

根据我国实测成果提出的岩爆判断：

当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。

此外，根据以往隧道发生岩爆经验，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。

前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。

3.4.3XX

隧道最大埋深达630m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，

最大垂直应力：

σH=γh=26KN/m3×630m=16.3MPa

最大水平应力：

Hmax=7.36+0.0225×630=21.54MPa

岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa

（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa

岩体初始压力σ1=37.84MPa≥（0.15～0.2）Rc

根据我国实测成果提出的岩爆判断：

当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。

此外，根据以往隧道发生岩爆经验，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。

前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。

3.4.4XX

隧道最大埋深达900m，本次根据区内最大埋深及最易发生岩爆地段进行预测，为晋宁～澄江期花岗岩，现将推断叙述如下：

最大垂直应力：

σH=γh=26KN/m3×900m=23.4MPa

最大水平应力：

Hmax=7.36+0.0225×900=27.61MPa

岩石单轴饱和抗压强度（Rc）为44.30MPa

（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa

岩体初始压力σ1=51.01MPa≥（0.15～0.2）Rc

根据我国实测成果提出的岩爆判断：

当σ1≥（0.15～0.2）Rc时可能产生岩爆，因此，拟隧道围岩存在岩爆可能。

此外，根据以往隧道发生岩爆经验，其发生岩爆的岩体均处于埋深大于200m的较坚硬岩和坚硬岩中，且地下水不发育。

前述知，区内岩体以坚硬岩花岗岩和花岗闪长岩组成为主，埋深基本上大于200m，节理不发育地段较多，主要以Ⅲ级围岩为主，且段落较长，地下水不发育，均以充分证明拟设隧道发生岩爆的可能性较大。

各隧道存在岩爆可能性段落见下表。

序号

隧道名称

桩号

长度

衬砌类型

备注

1

左线XX

ZK118+710.00

～ZK119+100.00

390

Ⅲ普通

2

ZK119+100.00

～ZK119+140.00

40

Ⅲ停车带

3

ZK119+140.00

～ZK119+503.00

363

Ⅲ普通

4

ZK119+635.00

～ZK119+760.00

125

Ⅲ普通

5

ZK119+760.00

～ZK119+800.00

40

Ⅲ停车带

6

ZK119+800.00

～ZK120+320.00

520

Ⅲ普通

7

右线XX

K118+660.00

～K119+021.30

361.3

Ⅲ普通

8

K119+021.30

～K119+061.30

40

Ⅲ停车带

9

K119+061.30

～K119+508.00

446.7

Ⅲ普通

10

K119+640.00

～K119+735.9

95.9

Ⅲ普通

11

K119+735.9

～K119+775.9

40

Ⅲ停车带

12

K119+775.9

～K120+175.00

399.1

Ⅲ普通

13

左线XX

ZK120+596.00

～ZK120+797.00

201

Ⅲ普通

14

ZK120+925.00

～ZK121+101.00

176

Ⅲ普通

15

ZK121+101.00

～ZK121+141.00

40

Ⅲ停车带

16

ZK121+141.00

～ZK121+726.00

585

Ⅲ普通

17

ZK121+726.00

～ZK121+766.00

40

Ⅲ停车带

18

ZK121+766.00

～ZK121+949.00

183

Ⅲ普通

19

DK122+082.00

～DK122+346.00

264

Ⅲ普通

20

DK122+346.00

～DK122+386.00

40

Ⅲ停车带

21

DK122+386.00

～DK122+548.00

162

Ⅲ普通

22

DK122+901.00

～DK122+971.00

70

Ⅲ普通

23

DK122+971.00

～DK123+011.00

40

Ⅲ停车带

24

DK123+011.00

～DK123+519.00

508

Ⅲ普通

25

右线XX

ZK120+565.00

～ZK120+716.00

151

Ⅲ普通

26

ZK120+845.00

～ZK120+984.80

139.8

Ⅲ普通

27

ZK120+984.80

～ZK121+024.80

40

Ⅲ停车带

28

ZK121+024.80

～ZK121+616.00

591.2

Ⅲ普通

29

ZK121+616.00

～ZK121+656.00

40

Ⅲ停车带

30

ZK121+656.00

～ZK121+915.00

259

Ⅲ普通

31

DK122+048.00

～DK122+252.50

204.5

Ⅲ普通

32

DK122+252.50

～DK122+292.50

40

Ⅲ停车带

33

DK122+292.50

～DK122+528.00

235.5

Ⅲ普通

34

DK122+873.00

～DK122+951.80

78.8

Ⅲ普通

35

DK122+951.80

～DK122+991.80

40

Ⅲ停车带

36

DK122+991.80

～DK124+480.00

488.2

Ⅲ普通

37

左线XX

ZK123+840.00

～ZK124+453.00

613

Ⅲ普通

38

ZK124+453.00

～ZK124+493.00

40

Ⅲ停车带

39

ZK124+493.00

～ZK124+664.00

171

Ⅲ普通

40

ZK124+785.00

～ZK125+115.00

330

Ⅲ普通

41

右线XX

K123+860.00

～K124+347.30

487.3

Ⅲ普通

42

K124+347.30

～K124+387.30

40

Ⅲ停车带

43

K124+387.30

～K124+688.00

300.7

Ⅲ普通

44

K124+808.00

～K125+097.00

289

Ⅲ普通

45

左线XX

ZK125+375.00～ZK125+875.00

500

Ⅲ普通

46

ZK125+875.00～ZK125+915.00

40

Ⅲ停车带

47

ZK125+915.00～ZK126+000.00

85

Ⅲ普通

48

右线XX

K125+360.00

～K125+840.50

480.5

Ⅲ普通

49

K125+840.50

～K125+880.50

40

Ⅲ停车带

50

K125+880.50

～K126+000.00

119.5

Ⅲ普通

4、岩爆的预防及处理方案

4.1总体施工方案

加强超前地质预报,对岩爆出现的可能性与等级进行预测,以便施工时提前采取相关措施防范。

加强光面爆破，提高光面爆破效果，降低瞬发性的岩爆。

加强初期支护，延缓岩爆应变释放的强度和频率。

采用喷雾和高压水进行冲洗岩壁，进一步释放岩爆应变能量。

4.2超前地质预报

在施工时，可直接根据施工掌子面的地质条件，如岩体结构面产状用发育状况，岩体的破碎程度、岩石的变质程度、岩体强度及地质应力等，来对掌子面前方的岩体条件、产状及完整性进行预测，用以指导采取预防措施。

图1：

隧道岩爆区施工作业流程图

另一方面，按设计要求，在进行隧道主体施工前，超前对平行导坑进行施工，然后根据平导施工收集到的地质信息、数据来对隧道主体施工岩爆发生的可能性进行预测。

平导离主体隧道越近，预报越精确。

本隧道平导距主体隧道30m，具体施工时，利用平导收集的地质信息、数据对隧道主体施工进行预测，同时，利用地质法收集到的信息对预测进行应证和纠正。

4.2.1超前探孔

在隧道掌子面开挖地面以上1.5m位置,左右两侧各钻一孔,孔深5~6m,每2个循环交替钻进,通过钻探探明前方围岩地质表现,可以帮助推断高顶应力的情况。

4.2.2地质素描

在开挖后对掌子面、左右边墙揭示的围岩产状、岩性等进行描述绘制上图,分析判断前方10~20m范围的围岩情况,每一个开挖循环都作地质素描,确保分析判断的连续性。

4.3加强光面爆破控制，提高爆破效果

（1）采用光面爆破技术，在中等以上岩爆区，周边眼间距控制在25cm以内，采用隔眼装药，堵塞炮泥，增加光爆效果，以达到开挖轮廓线圆顺。

尽量避免凹凸不平造成应力集中，以达到减弱岩爆的发生。

（2）调整钻爆设计，采用“短进尺，弱爆破”。

改其为浅孔爆破，缩短循环进尺，减少一次用药量。

拱部采用小药卷光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位间隔，从而延长爆破时间，减少对围岩的爆破扰动，减少爆破动应力的叠加，控制爆发裂隙的生成，避免由于爆破诱发岩爆，从而降低岩爆频率和强度。

（3）预先在工作面有可能发生岩爆的部位有规则地打一些空眼，不设锚杆而注水，以便释放应力，阻止围岩达到极限应力而产生岩爆。

4.4加强初期支护

4.4.1轻微岩爆区

实施全断面光面爆破开挖，循环进尺不得超过4米，爆破、通风、找顶后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔5～10分钟，使开挖面充分湿润，撒水喷头水柱不小于10米。

打设洞壁环向应力释放孔：

孔径Ø50mm，深3米，间距1.5×1.5m，挂网喷砼初期支护；必要时根据实际情况及时与设计、监理沟通，采取加强支护：

药卷锚杆间距由1.2*0.9调整为1.0*1.0，锚杆长度由2.5m调整为3.0m，或依据设计建议调整。

4.4.2中等岩爆区

实施全断面光面爆破开挖，循环进尺不超过4m。

必要时缩短循环进尺，调整为台阶法施工。

爆破、通风、找顶后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔5～10分钟，使开挖面充份湿润，撒水喷头水柱不小于10米。

打设洞壁环向应力释放孔：

孔径Ø50mm，深3米，间距1.5×1.5m。

挂网喷砼初期支护；必要时根据实际情况及时与设计、监理沟通，采取加强支护：

药卷锚杆间距由1.2*0.9调整为0.8*0.8，锚杆长度由2.5m调整为3.5m，或依据设计建议调整。

对于中等以上的岩爆洞段，在钻爆施工时，可在拱角、边墙及顶部加深钻打周边眼，然后向眼孔内喷灌高压水，对围岩进行软化，从而人为提前加快围岩的应力释放。

眼孔超前深度可取2m。

4.5超前应力释放

对于中等以上的岩爆洞段，在钻爆施工时，可在拱角、边墙及顶部加深钻打周边眼，然后向眼孔内喷灌高压水，对围岩进行软化，从而人为提前加快围岩的应力释放。

眼孔超前深度可取2m。

4.6加强高压水冲洗

在隧洞开挖后，洞内围岩岩体的应力状态被破坏，其岩体所储存的应变能一部分应随爆破开挖而释放出来，另一部分通过应力重组而逐步形成第二应力场。

而在洞壁四周一些突出开裂岩块，还存在一定残余应力，该残余应变能在一定的时候，会通过岩爆这种形式释放出，从而给施工带来一定潜在威胁。

在开挖后，应及时的用锚喷用高压风水对围岩壁进行冲洗。

一方面可部分消抵掉岩块中储存的应变能量，另一方面可改变岩块的物理力学性能，降低其弹性模量。

4.7加强效果检测

岩爆洞段在施工时，按以上措施处理后，还需紧密追踪检测处理效果，以便调整处理的力度和强度，从而进一步确保施工安全。

4.8岩爆发生时的处理措施

（1）设临时防护网：

主要是防止飞石伤人和砸坏机具。

（2）待避及清除浮石：

在岩爆比较猛烈的时候，应在安全处躲避一段时间，待避到平静时为止；洞顶的岩爆松石要清除掉。

（3）喷雾射水：

岩爆后立即向工作面及工作面以后一定距离的隧道周边进行喷雾和高压冲洗，以适当改变岩石力学性质，降低岩石的脆性，将需释放的能量转变为热能。

（4）加强施工支护工作

在爆破后立即向拱部及侧壁喷射混凝土，再按要求增加加设锚杆及钢筋网。

必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。

衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。

同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以防发生事故。

（5）对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。

以降低岩爆的强度。

（6）在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工安全。

（7）施工中加强高地应力地段围岩量测工作,每5m设置一个量测断面,每个断面在路面以上1.5m、5m位置各设一条水平测线、拱顶设一个测点,开挖时及时将量测桩埋好,做好拱顶下沉和水平收敛量测,尽早取得初始量测资料,真正起到指导施工的作用。

如实记录开挖面和初期支护量测数据,根据围岩量测结果不断调整、优化施工方案,确保顺利通过高地应力地段。

4.9、岩爆防护开挖台架

为确保现场作业人员在掌子面钻孔装药、初期支护过程中的安全，特对开挖作业台架进行特殊设计，避免岩爆发生时拱顶掉石对人员造成一定伤害。

图2：

岩爆防护台架纵断面图

图3：

岩爆防护台架横断面图

5、安全防护措施

5.1成立岩爆预防及救援小组

项目部成立岩爆预防及应急响应指挥小组，负责岩爆预防技术和应急救援指挥、协调工作。

组长：

副组长：

成员：

具体分工如下：

组长：

负责本项目应急救援的现场组织和指挥工作，。

副组长：

协助组长负责应急救援的组织和指挥工作。

工程部：

负责研究制岩爆控制措施，研究制定抢险措施并付诸实施。

安质部（应急办）：

负责现场岩爆隐患的预测工作，在接到岩爆警报后上报岩爆控制及救援小组。

物机部：

保障设备、物资的调配，保证后勤物资供给。

财务部：

提供资金支持。

办公室及调度室：

负责进行对外联络、车辆调配工作，组织救援伤者及护送、转院等具体工作，并调动本公司人员进行现场救护。

作业队：

负责岩爆段控制措施的作业实施。

5.2安全防护措施

（1）给施工人员配发钢盔、防弹背心；对主要施工设备安装防护棚架；掌子面架设移动防护架，防止岩块飞出伤人，有效地保护人员及设备安全。

（2）加强现场岩爆监测、警戒及巡回找顶，必要时及时躲避。

组织专门人员全天候巡视警戒及监测。

岩爆一般在爆破后2h左右比较激烈，以后则趋于缓和，多数发生在0～50m范围和掌子面处。

从地质方面来看，岩爆发生的地段有其相似的地层条件和共性条件，使短距离的预报成为可能。

听到围岩内部有沉闷的响声时，应尽快撤离人员及设备。

特别是强烈岩爆地段，每次爆破循环后，作业人员及设备均应及时躲避一段时间，待岩爆基本平静后，立即洒水喷混凝土封闭岩面，以保证后序作业的进行。

巡视、警戒人员要对岩爆段，特别是强烈岩爆段岩石的变化仔细观察，发现异常及时通知，撤离施工人员及设备，以保证安全。

（3）加强对施工人员岩爆知识教育。

强化作业人员安全纪律教育以及岩爆常识、防护知识的学习；严格执行有关技术和安全操作规程；危险地段增设照明并设醒目标志。

5.3洞内作业安全技术措施

5.3.1钻爆作业安全措施

钻眼前，检查工作环境的安全状态，待开挖面清除浮石以及瞎炮处理完毕后方可进行钻眼作业；凿岩机的支架，在碴堆上钻眼时，应保持碴堆的稳定；用电钻钻眼时，不得用手导引回转的杆子、用电钻处理被夹住的杆子；不得在残眼中钻眼。

爆破作业必须按现行国家标准《爆破安全规程》（GB6722）要求实施。

洞内爆破作业由工班长统一指挥，爆破时，所有人员撤至不受有害气体、振动及飞石伤害的安全地点。

装碴作业符合安全规定。

装碴前掌子面危石清除干净，台车退到200m开外，安排专人负责指挥，装碴时，自卸车两侧严禁站人。

装载料具时，不得超出线界。

明确规定洞内各种运输设备速度：

人力推车不得超过5km/h，动力车在成洞地段不得超过10km/h，在施工地段不得超过5km/h。

行驶中严禁超车，会车时两车厢安全距离至少50cm，同向行驶时两车相距至少20m。

行人必须在人行道上行走，不准与车辆机械抢道，不准扒车、追车和强行搭车。

根据围岩稳定情况采取有效支护。

施工期间，现场施工负责人会同有关人员对支护的工作状态进行定期和不定期的检查，在不良地质地段，安排专人每班检查，当发现支护变形或损坏时，立即修整加固。

不得将支撑立柱放在虚碴或活动的石头上，软弱围岩的立柱底面应加设垫板或垫梁。

施工中需短期停工