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摘要：岩爆是深埋长隧道的重大工程地质灾害之一，给隧道施工带来了极大的困扰，轻则延误工期，重则造成伤亡事故。为解决这一工程难题，本文结合怀玉山隧道所遇到的岩爆现象，认真分析了岩爆的成因、特征规律及其防治措施。
关键词： 岩爆 ;形成条件 ;特征规律 ;防治措施
Abstract :Rock burst is deeply buried long tunnel major engineering geological disasters, to tunnel construction in great trouble, light delay time limit for a project, it caused heavy casualties. In order to solve the engineering problems, this paper combines with the Yushan tunnel the rock burst phenomenon, a careful analysis of the rockburst formation, characteristics and prevention measures
Key words:Yan Bao; forming condition; characteristics; control measures
中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012
1、概述
怀玉山隧道是江西德兴至上饶高速公路的一座上下行分离的特长隧道，左洞全长3423米、右洞全长3409米。该隧道穿越怀玉山脉的葛岭，穿越区海拔高隧道埋深较大，洞体最大埋深达400米以上。燕山早期花岗岩为怀玉山隧道主要穿越岩体。线路区域位于赣东北大面积稳定上升区，晚第三纪以来的新构造运动，本区以大面积间歇性上升为主，存在初始高应力。怀玉山隧道特殊地质构造造成岩爆的主要原因，岩爆是高地应力的产物，在本隧道工程掘进中引起的集中应力，具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体产生突发性脆性破坏，导致部分应变能转化为动能，岩片(块)脱离母体的动力破坏现象，表现为岩体的弹射、剥落、掉块。岩爆是深埋长隧道的重大工程地质灾害之一，具有突然性、持续性、重复性等特点，不但对施工人员和设备安全威胁极大，而且还易导致工期延长、费用增加。本文就怀玉山隧道所遇到的岩爆现象简单阐述了自己对岩爆的成因、规律及防治措施的一些心得。
2、岩爆成因分析
岩爆发生的条件极为复杂，主要有以下几个方面。下面结合怀玉山隧道工程实例进行分析。
1）应力条件：岩爆区一般都存在较高地应力，通常垂直应力是围岩中地应力的最大值[1]。埋深越大，上部覆盖岩体自重越大，地应力也越大。在同样地质条件下，在较高垂直应力区最容易发生岩爆。当然这也并非一成不变的。例如怀玉山隧道YK22+050 处埋深仅220米，但发生了两次严重岩爆,原因即为该处岩体中储存了较高的岩浆岩残余应力和构造应力。根据工程实例分析来看，未经扰动的岩体应力体系呈现一种稳定自平衡状态，爆破开挖后出现临空面，径向约束解除，环向应力骤然增加，引起应力重新分布，能量集中。围岩在环向应力和构造应力的作用下开始发生运动，力图达到新的自平衡体系，从而诱发岩爆。
2）岩体条件：岩爆段岩体围岩一般为Ⅰ级、Ⅱ級围岩，岩体干燥致密，岩面完整，呈整体巨块状。例如怀玉山隧道岩爆多发区均位于Ⅱ级围岩段，岩体为微风化花岗岩，裂面新鲜，岩质坚硬（Rc=80~100MPa），且质脆干燥。通常这种岩体弹性模量、抗压强度和抗剪强度都很高，塑性变形很小，弹性变形特征明显。在较高应力作用下，应力势能无法被岩体本身变形完全吸收，势必引起弹性变形，超出弹性变形极限后发生岩爆。怀玉山隧道岩爆段围岩性质见表1。
表1.怀玉山隧道岩爆段围岩性质
围岩描述 微风化花岗岩，浅灰-灰白色，中粗粒花岗岩，裂面新鲜、岩芯完整，裂隙不发育
3）开挖面条件：根据怀玉山隧道岩爆段现场调查，爆破开挖后，超欠挖严重处发生岩爆次数较多。超欠挖会造成局部围岩高度应力集中，弹性变形远大于其他部位，导致超出其极限值，发生岩块弹射、脱落、抛散等现象。
3、岩爆的特征规律
结合怀玉山隧道岩爆情况调查（详见表2），总结岩爆具有如下几个明显特征。
1）声响特征
岩爆中可听到较轻微零星岩爆声响类似放鞭炮、或清脆类似枪声或劈柴声、或沉闷巨大类似闷雷声。在怀玉山隧道发生的岩爆中多类似鞭炮声及劈柴声，巨大闷雷声仅记录发生一次。
2）弹射或剥落物特征
表2.怀玉山隧道岩爆情况调查表
从弹射或剥落的岩石看，主要有块状、片状和碎屑状几种。在怀玉山隧道的岩爆记录中片状多达8次，块状2次，碎屑状较为少见。从弹射或剥落物的形状及尺寸来看，可以从表观将岩爆分为轻微岩爆、中等岩爆及严重岩爆。一般碎屑状及小块片状多为轻微岩爆，片状多为中等岩爆，而大块状掉落物为严重岩爆。
3）时效特征
岩爆发生具有持续性，一般岩爆集中发生在爆破后1-3h内，但往往7-15d内甚至更长时间内都有可能再次发生。在怀玉山隧道有2处岩爆发生在初期支护完成后10d，岩片连同初喷混凝土一同剥落。
4）位置特征
岩爆发生位置具有重复性特征。在怀玉山隧道中同一位置发生二次甚至多次岩爆的情况屡有发生。一般第一次岩爆主要是由于开挖引起的应力变化引发，而第二次及以后每一次主要是受上一次岩爆凹槽引起的周边岩体应力集中作用所引发[2]。
4、岩爆的防治措施
目前大部分关于岩爆的研究基本上都认为根据岩爆烈度可分为轻微岩爆、中等岩爆和严重岩爆，并针对不同烈度的岩爆提出了不同程度的加固防范措施。根据怀玉山隧道岩爆发生情况分析确定怀玉山隧道所发生岩爆多属于中度岩爆，个别达到了严重岩爆的程度。为了确保施工安全，杜绝出现安全事故，怀玉山隧道针对岩爆现象主要采取了如下几方面措施：
1）加强光面爆破，避免应力集中
加强光面爆破，保证洞室轮廓规则圆顺，避免应力集中，控制进尺，每循环进尺不超过3米，多循环、弱爆破。钻爆布眼过程中周边眼间距适当加密，如怀玉山隧道在非岩爆段间距60cm，而岩爆段加密至40cm。同时周边眼控制装药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。加强光面爆破技术管理，以达到开挖周边轮廓线圆顺光滑，避免表面凹凸不平造成应力集中。
2）围岩弱化措施
围岩弱化是指采取表面高压射水及超前水平钻孔注压力水等措施降低岩石脆性，释放内部应力。射水及注水主要目的是改善岩石的物理力学性能，软化岩石，降低岩石脆性和储存能量的能力。钻孔目的是使应力转移，将应力集中在钻孔裂面上，从而弱化围岩表面应力。
在施工中首先在爆破后立即向新露出的围岩表面进行高压射水，软化表面，促使岩层原始应力释放调整，同时降低岩爆引起的粉尘。高压射水所起到的作用跟岩石的软化系数有关系，软化系数越小，效果越好。表3列出了一些容易发生岩爆的脆性岩石的软化系数。怀玉山隧道岩爆段以花岗岩为主，在实践中高压射水效果产有效的延迟了岩爆的发生，为后续打系统锚杆及超前水平钻孔赢得了时间。
表3.部分脆性岩石的软化系数[3]
超前水平钻孔主要采用潜孔钻垂直掌子面钻孔。设置7个孔，呈梅花形布置，孔径不小于100mm。图1为超前水平钻孔示意图。超前钻孔并向岩体内均匀注入高压水可以提前释放弹性应变能，并将最大切向应力向围岩深部转移，同时高压水的楔劈作用可以软化降低岩体的强度，也可使岩体产生新的裂隙并使原有裂隙继续发展，从而降低岩体储存应变能的能力。
3）围岩强化措施
强化围岩的措施很多，如喷射混凝土、系统锚杆和钢筋网，形成喷、锚、网的一体组合支护。岩爆烈度较高时可以增设格栅钢架支撑等措施[4]。怀玉山隧道以中等岩爆为主，主要采取的措施有全断面挂上钢筋网、施打系统锚杆及喷射混凝土。
4）安全防护措施
首先对施工人员做好岩爆知识普及，打消工人畏惧心理，并加强安全教育力度，贯彻执行安全规定。其次做好超前预报工作，在目前具备的条件下利用雷达超前预报，虽不能探明前方是否存在高应力区，但通过对涌水量的探测可在一定程度上起到预警的作用。进入岩爆区后，安排有经验的人员进行现场巡视，尽早发现岩爆的苗头，及时通知作业人员撤离。在严重岩爆地段，执行避险制度，爆破后3h不安排人员作业。车辆、台车等均在易损坏的部位加焊钢结构防护网，作业人员佩戴钢盔穿防弹背心。
5、结语
随着我国山区高速公路逐年增加，深埋长隧道越来越多，而岩爆作为深埋长隧道的主要工程地质问题之一，在今后的施工中出现的越来越频繁，我们必须总结出一套操作简便、行之有效、成本低廉的方法用于防治岩爆。本文结合怀玉山隧道岩爆现状对岩爆的形成条件、特征规律及防治措施进行了探讨，在怀玉山隧道施工期间，依据上述特征规律对岩爆进行了预测，采取一系列措施减少了岩爆的发生，为怀玉山隧道顺利穿越岩爆区起到了现实指导意义。
参考文献：
[1]关宝树. 隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.1
[2]万姜林等. 岩爆特征及机理.铁道工程学报 1998.6 No.2:95~101
[3]沈明荣.岩体力学[M].上海：同济大学出版社，2000.
[4]公路隧道设计规范.JTG D70-2004.中国人民共和国交通部
关键词： 岩爆 ;形成条件 ;特征规律 ;防治措施
Abstract :Rock burst is deeply buried long tunnel major engineering geological disasters, to tunnel construction in great trouble, light delay time limit for a project, it caused heavy casualties. In order to solve the engineering problems, this paper combines with the Yushan tunnel the rock burst phenomenon, a careful analysis of the rockburst formation, characteristics and prevention measures
Key words:Yan Bao; forming condition; characteristics; control measures
中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012
1、概述
怀玉山隧道是江西德兴至上饶高速公路的一座上下行分离的特长隧道，左洞全长3423米、右洞全长3409米。该隧道穿越怀玉山脉的葛岭，穿越区海拔高隧道埋深较大，洞体最大埋深达400米以上。燕山早期花岗岩为怀玉山隧道主要穿越岩体。线路区域位于赣东北大面积稳定上升区，晚第三纪以来的新构造运动，本区以大面积间歇性上升为主，存在初始高应力。怀玉山隧道特殊地质构造造成岩爆的主要原因，岩爆是高地应力的产物，在本隧道工程掘进中引起的集中应力，具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体产生突发性脆性破坏，导致部分应变能转化为动能，岩片(块)脱离母体的动力破坏现象，表现为岩体的弹射、剥落、掉块。岩爆是深埋长隧道的重大工程地质灾害之一，具有突然性、持续性、重复性等特点，不但对施工人员和设备安全威胁极大，而且还易导致工期延长、费用增加。本文就怀玉山隧道所遇到的岩爆现象简单阐述了自己对岩爆的成因、规律及防治措施的一些心得。
2、岩爆成因分析
岩爆发生的条件极为复杂，主要有以下几个方面。下面结合怀玉山隧道工程实例进行分析。
1）应力条件：岩爆区一般都存在较高地应力，通常垂直应力是围岩中地应力的最大值[1]。埋深越大，上部覆盖岩体自重越大，地应力也越大。在同样地质条件下，在较高垂直应力区最容易发生岩爆。当然这也并非一成不变的。例如怀玉山隧道YK22+050 处埋深仅220米，但发生了两次严重岩爆,原因即为该处岩体中储存了较高的岩浆岩残余应力和构造应力。根据工程实例分析来看，未经扰动的岩体应力体系呈现一种稳定自平衡状态，爆破开挖后出现临空面，径向约束解除，环向应力骤然增加，引起应力重新分布，能量集中。围岩在环向应力和构造应力的作用下开始发生运动，力图达到新的自平衡体系，从而诱发岩爆。
2）岩体条件：岩爆段岩体围岩一般为Ⅰ级、Ⅱ級围岩，岩体干燥致密，岩面完整，呈整体巨块状。例如怀玉山隧道岩爆多发区均位于Ⅱ级围岩段，岩体为微风化花岗岩，裂面新鲜，岩质坚硬（Rc=80~100MPa），且质脆干燥。通常这种岩体弹性模量、抗压强度和抗剪强度都很高，塑性变形很小，弹性变形特征明显。在较高应力作用下，应力势能无法被岩体本身变形完全吸收，势必引起弹性变形，超出弹性变形极限后发生岩爆。怀玉山隧道岩爆段围岩性质见表1。
表1.怀玉山隧道岩爆段围岩性质
围岩描述 微风化花岗岩，浅灰-灰白色，中粗粒花岗岩，裂面新鲜、岩芯完整，裂隙不发育
3）开挖面条件：根据怀玉山隧道岩爆段现场调查，爆破开挖后，超欠挖严重处发生岩爆次数较多。超欠挖会造成局部围岩高度应力集中，弹性变形远大于其他部位，导致超出其极限值，发生岩块弹射、脱落、抛散等现象。
3、岩爆的特征规律
结合怀玉山隧道岩爆情况调查（详见表2），总结岩爆具有如下几个明显特征。
1）声响特征
岩爆中可听到较轻微零星岩爆声响类似放鞭炮、或清脆类似枪声或劈柴声、或沉闷巨大类似闷雷声。在怀玉山隧道发生的岩爆中多类似鞭炮声及劈柴声，巨大闷雷声仅记录发生一次。
2）弹射或剥落物特征
表2.怀玉山隧道岩爆情况调查表
从弹射或剥落的岩石看，主要有块状、片状和碎屑状几种。在怀玉山隧道的岩爆记录中片状多达8次，块状2次，碎屑状较为少见。从弹射或剥落物的形状及尺寸来看，可以从表观将岩爆分为轻微岩爆、中等岩爆及严重岩爆。一般碎屑状及小块片状多为轻微岩爆，片状多为中等岩爆，而大块状掉落物为严重岩爆。
3）时效特征
岩爆发生具有持续性，一般岩爆集中发生在爆破后1-3h内，但往往7-15d内甚至更长时间内都有可能再次发生。在怀玉山隧道有2处岩爆发生在初期支护完成后10d，岩片连同初喷混凝土一同剥落。
4）位置特征
岩爆发生位置具有重复性特征。在怀玉山隧道中同一位置发生二次甚至多次岩爆的情况屡有发生。一般第一次岩爆主要是由于开挖引起的应力变化引发，而第二次及以后每一次主要是受上一次岩爆凹槽引起的周边岩体应力集中作用所引发[2]。
4、岩爆的防治措施
目前大部分关于岩爆的研究基本上都认为根据岩爆烈度可分为轻微岩爆、中等岩爆和严重岩爆，并针对不同烈度的岩爆提出了不同程度的加固防范措施。根据怀玉山隧道岩爆发生情况分析确定怀玉山隧道所发生岩爆多属于中度岩爆，个别达到了严重岩爆的程度。为了确保施工安全，杜绝出现安全事故，怀玉山隧道针对岩爆现象主要采取了如下几方面措施：
1）加强光面爆破，避免应力集中
加强光面爆破，保证洞室轮廓规则圆顺，避免应力集中，控制进尺，每循环进尺不超过3米，多循环、弱爆破。钻爆布眼过程中周边眼间距适当加密，如怀玉山隧道在非岩爆段间距60cm，而岩爆段加密至40cm。同时周边眼控制装药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。加强光面爆破技术管理，以达到开挖周边轮廓线圆顺光滑，避免表面凹凸不平造成应力集中。
2）围岩弱化措施
围岩弱化是指采取表面高压射水及超前水平钻孔注压力水等措施降低岩石脆性，释放内部应力。射水及注水主要目的是改善岩石的物理力学性能，软化岩石，降低岩石脆性和储存能量的能力。钻孔目的是使应力转移，将应力集中在钻孔裂面上，从而弱化围岩表面应力。
在施工中首先在爆破后立即向新露出的围岩表面进行高压射水，软化表面，促使岩层原始应力释放调整，同时降低岩爆引起的粉尘。高压射水所起到的作用跟岩石的软化系数有关系，软化系数越小，效果越好。表3列出了一些容易发生岩爆的脆性岩石的软化系数。怀玉山隧道岩爆段以花岗岩为主，在实践中高压射水效果产有效的延迟了岩爆的发生，为后续打系统锚杆及超前水平钻孔赢得了时间。
表3.部分脆性岩石的软化系数[3]
超前水平钻孔主要采用潜孔钻垂直掌子面钻孔。设置7个孔，呈梅花形布置，孔径不小于100mm。图1为超前水平钻孔示意图。超前钻孔并向岩体内均匀注入高压水可以提前释放弹性应变能，并将最大切向应力向围岩深部转移，同时高压水的楔劈作用可以软化降低岩体的强度，也可使岩体产生新的裂隙并使原有裂隙继续发展，从而降低岩体储存应变能的能力。
3）围岩强化措施
强化围岩的措施很多，如喷射混凝土、系统锚杆和钢筋网，形成喷、锚、网的一体组合支护。岩爆烈度较高时可以增设格栅钢架支撑等措施[4]。怀玉山隧道以中等岩爆为主，主要采取的措施有全断面挂上钢筋网、施打系统锚杆及喷射混凝土。
4）安全防护措施
首先对施工人员做好岩爆知识普及，打消工人畏惧心理，并加强安全教育力度，贯彻执行安全规定。其次做好超前预报工作，在目前具备的条件下利用雷达超前预报，虽不能探明前方是否存在高应力区，但通过对涌水量的探测可在一定程度上起到预警的作用。进入岩爆区后，安排有经验的人员进行现场巡视，尽早发现岩爆的苗头，及时通知作业人员撤离。在严重岩爆地段，执行避险制度，爆破后3h不安排人员作业。车辆、台车等均在易损坏的部位加焊钢结构防护网，作业人员佩戴钢盔穿防弹背心。
5、结语
随着我国山区高速公路逐年增加，深埋长隧道越来越多，而岩爆作为深埋长隧道的主要工程地质问题之一，在今后的施工中出现的越来越频繁，我们必须总结出一套操作简便、行之有效、成本低廉的方法用于防治岩爆。本文结合怀玉山隧道岩爆现状对岩爆的形成条件、特征规律及防治措施进行了探讨，在怀玉山隧道施工期间，依据上述特征规律对岩爆进行了预测，采取一系列措施减少了岩爆的发生，为怀玉山隧道顺利穿越岩爆区起到了现实指导意义。
参考文献：
[1]关宝树. 隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.1
[2]万姜林等. 岩爆特征及机理.铁道工程学报 1998.6 No.2:95~101
[3]沈明荣.岩体力学[M].上海：同济大学出版社，2000.
[4]公路隧道设计规范.JTG D70-2004.中国人民共和国交通部