巖爆與大變形專題

1、 大量的國內(nèi)外地下工程實例表明，在滿足高大量的國內(nèi)外地下工程實例表明，在滿足高或極高地應(yīng)力水平條件下，在特殊不良地質(zhì)區(qū)段或極高地應(yīng)力水平條件下，在特殊不良地質(zhì)區(qū)段修建隧道時，施工中將會遇到硬巖中的巖爆，以修建隧道時，施工中將會遇到硬巖中的巖爆，以及軟巖中的大變形破壞等工程災(zāi)害。因此在工程及軟巖中的大變形破壞等工程災(zāi)害。因此在工程技術(shù)上有許多難點問題需要解決。事實上近幾十技術(shù)上有許多難點問題需要解決。事實上近幾十年來年來, 隨著礦山開采隨著礦山開采, 隧道工程隧道工程, 水利水電水利水電, 軍工建軍工建設(shè)等地下工程的大型化發(fā)展，因巖爆和大變形造設(shè)等地下工程的大型化發(fā)展，因巖爆和大變形造成的圍巖穩(wěn)

2、定性破壞，已經(jīng)客觀的構(gòu)成了高地應(yīng)成的圍巖穩(wěn)定性破壞，已經(jīng)客觀的構(gòu)成了高地應(yīng)力區(qū)兩大最嚴重的地下工程災(zāi)害力區(qū)兩大最嚴重的地下工程災(zāi)害, 這種工程上的這種工程上的客觀要求是本項科題研究的主導因素?？陀^要求是本項科題研究的主導因素。 本文以秦嶺長大隧道為依托工程，圍本文以秦嶺長大隧道為依托工程，圍繞秦嶺隧道高地應(yīng)力區(qū)圍巖穩(wěn)定性進行研繞秦嶺隧道高地應(yīng)力區(qū)圍巖穩(wěn)定性進行研究。主要包括以下幾方面的內(nèi)容：究。主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 1、秦嶺隧道初始地應(yīng)力場和高地應(yīng)力地、秦嶺隧道初始地應(yīng)力場和高地應(yīng)力地段的判定，段的判定，2、巖爆問題：通過對國內(nèi)外隧道工程施、巖爆問題：通過對國內(nèi)外隧道工程施工中所發(fā)生典型

3、巖爆實例的統(tǒng)計、分析與工中所發(fā)生典型巖爆實例的統(tǒng)計、分析與歸納，闡明巖爆發(fā)生的基本條件；歸納，闡明巖爆發(fā)生的基本條件； 3、工程應(yīng)用：將本文提出的巖爆發(fā)生判、工程應(yīng)用：將本文提出的巖爆發(fā)生判據(jù)應(yīng)用于秦嶺隧道據(jù)應(yīng)用于秦嶺隧道II線出口段發(fā)生巖爆的線出口段發(fā)生巖爆的地質(zhì)區(qū)段，進行工程驗證，結(jié)果很好。地質(zhì)區(qū)段，進行工程驗證，結(jié)果很好。4、巖爆治理：歸納巖爆的類型、性質(zhì)和、巖爆治理：歸納巖爆的類型、性質(zhì)和特點，提出合理有效的工程理技術(shù)措施。特點，提出合理有效的工程理技術(shù)措施。5、大變形問題：結(jié)合工程實例進行分析，、大變形問題：結(jié)合工程實例進行分析，闡明大變形現(xiàn)象的特征，闡明大變形現(xiàn)象的特征，提出大變形

4、的分提出大變形的分級和預(yù)測方法，以及治理大變形的工程措級和預(yù)測方法，以及治理大變形的工程措施。施。 一般說，巖爆和大變形的發(fā)生都與地應(yīng)力場一般說，巖爆和大變形的發(fā)生都與地應(yīng)力場的演變有關(guān)。因此的演變有關(guān)。因此,在說明巖爆和大變形工程現(xiàn)在說明巖爆和大變形工程現(xiàn)象之前，首先，應(yīng)對秦嶺隧道的地應(yīng)力場的基象之前，首先，應(yīng)對秦嶺隧道的地應(yīng)力場的基本變化情況給以說明。本變化情況給以說明。（一）、秦嶺隧道初始地應(yīng)力場分析（一）、秦嶺隧道初始地應(yīng)力場分析 秦嶺隧道初始地應(yīng)力場在沒有實地測試數(shù)據(jù)秦嶺隧道初始地應(yīng)力場在沒有實地測試數(shù)據(jù)的情況下，最可靠的方法是采用對既有工程的的情況下，最可靠的方法是采用對既有工程的

5、實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，而后根據(jù)統(tǒng)計分析式實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，而后根據(jù)統(tǒng)計分析式進行判定的方法。我們根據(jù)進行判定的方法。我們根據(jù)276個國內(nèi)外地下工個國內(nèi)外地下工程的地應(yīng)力場的實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，獲得程的地應(yīng)力場的實測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，獲得以下結(jié)果。以下結(jié)果。 垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力v=1.88+0.0244H (r=0.965) 平均水平應(yīng)力平均水平應(yīng)力h avg=10.276+0.0182H (r=0.7812) 最大水平應(yīng)力最大水平應(yīng)力h max=13.763+0.0211H (r=0.7839) 最小水平應(yīng)力最小水平應(yīng)力h min=6.464+0.0146H (r=0.8206) 平均水平

6、應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比在下式范圍之內(nèi)：平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比在下式范圍之內(nèi)： 150/H+0.50 C 1000/H+0.80 式中，式中， H 埋藏深度埋藏深度(m) v 垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力(MPa) h avg平均水平應(yīng)力平均水平應(yīng)力(MPa) h max最大水平應(yīng)力最大水平應(yīng)力(MPa) h min最小水平應(yīng)力最小水平應(yīng)力(MPa) C=h avg/v側(cè)壓力系數(shù)側(cè)壓力系數(shù) 根據(jù)上述公式?jīng)Q定的地應(yīng)力場，沿隧道縱向根據(jù)上述公式?jīng)Q定的地應(yīng)力場，沿隧道縱向分布如圖分布如圖1所示。所示。 1、高地應(yīng)力判據(jù)、高地應(yīng)力判據(jù) 為了確定出秦嶺隧道沿縱向分布的高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力地段，本文采用了國標工程巖體分

7、級標準(GB50218-94)所建議的劃分標準，進行分類。其判據(jù)表達式為： 極高地應(yīng)力：Rc/max Rc/max 4 式中，Rc為巖石的抗壓強度，而max為最大地應(yīng)力值。顯然，Rc/max的值越小，說明地應(yīng)力水平越高。區(qū)分高或極高地應(yīng)力水平的界限是： Rc/max = 4。 2、巖石抗壓強度指標、巖石抗壓強度指標Rc的確定的確定 1）勘測階段）勘測階段Rc確定確定 方法：在隧道通過的軸線部位共完成60m607m不同深度的鉆孔10個，并在孔中取巖樣共51組進行巖石的常規(guī)物理力學及巖石縱波速度的測試。然后進行了歸納和統(tǒng)計，在此基礎(chǔ)上，分（4個）區(qū)段提出隧道穿越，主要巖樣（三種）的物理力學指標(詳

8、見表1)。 結(jié)果：第一段巖石干抗壓強度范圍值是122.1137Mpa，平均值分別為107.6MPa。第二段巖石干抗壓強度范圍值是122.1162.46Mpa，平均值為147.1Mpa。第四段巖石干抗壓強度范圍值是117192.2MPa，平均值為162.3Mpa。第 三 段 的 混 合 片 麻 巖 干 抗 壓 強 度 范 圍 值 是105.3325.0Mpa，平均值為195.0Mpa。 2 2）施工階段）施工階段RcRc確定確定 平導施工綜合地質(zhì)測試階段在平導內(nèi)取巖樣37組，其中第一段混合片麻巖8組，第二段混合花崗巖4組，第三段混合片麻巖17組，第四段含綠色礦物混合花崗巖3組。蝕變閃長巖2組，碎

9、裂巖3組。獲得結(jié)果：第一段混合片麻巖干抗壓強度波動范圍值是99.8148.3MPa，平均值分別為122.2MPa。第二段混合花崗巖干抗壓強度波動范圍值是152.7208.9MPa，平均值分別為173.3MPa。第三段混合片麻巖干抗壓強度波動范圍值是82.6302.1MPa，平均值分別為154MPa。第四段含綠色礦物混合花崗巖干抗壓強度波動范圍值是141.7226.5MPa，平均值分別為170.5MPa。 3 3、秦嶺隧道高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力地段分布、秦嶺隧道高地應(yīng)力或極高地應(yīng)力地段分布 如圖2所示，秦嶺隧道沿縱向高地應(yīng)力和極高地應(yīng)力地段的分布情況。從中可以看出，秦嶺隧道在整體上具有高地應(yīng)力分布

10、的特點，其范圍達到隧道全長的95%，而在隧道中部還呈現(xiàn)出大范圍（占隧道全長的52%）的極高地應(yīng)力分布，并且向兩邊延展，逐漸降低到高地應(yīng)力及其以下地應(yīng)力水平。 秦嶺隧道所呈現(xiàn)出高地應(yīng)力水平分布狀況，將會在滿足一定條件下，引起圍巖發(fā)生巖爆，這是很自然的。 事實上，秦嶺隧道II線已發(fā)生巖爆的工程實例表明，在進、出口兩端，當隧道平導開挖進入極高地應(yīng)力區(qū)域（見圖2）后，分別在里程DYK64+370 DYK73+875和 DYK77+735+854大約4100m的范圍內(nèi)，相繼發(fā)生了大規(guī)模的長時間的持續(xù)性巖爆，這一結(jié)果顯然與秦嶺隧道“具有大范圍的高或極地應(yīng)力的分布”是有很大關(guān)系的。 一般的，我們認為一般的，

11、我們認為“巖爆巖爆”的發(fā)生需要滿足的發(fā)生需要滿足工工程巖體分級標準程巖體分級標準(GB50218-94)(GB50218-94)規(guī)定：規(guī)定：Rc/Rc/max max 4 4，即需要滿足一倍以上高地應(yīng)力的條件；這是最基本的即需要滿足一倍以上高地應(yīng)力的條件；這是最基本的巖爆發(fā)生要素。但究竟是否發(fā)生巖爆，還要受到其他巖爆發(fā)生要素。但究竟是否發(fā)生巖爆，還要受到其他多種要素的影響和制約（如巖層的完整性、堅硬程度多種要素的影響和制約（如巖層的完整性、堅硬程度等），這也是顯然的。圍繞巖爆問題，目前已提出諸等），這也是顯然的。圍繞巖爆問題，目前已提出諸多理論，如：強度理論、剛度理論、能量理論、沖擊多理論，如

12、：強度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向性理論、擴容理論、失穩(wěn)理論、表面失穩(wěn)理論等傾向性理論、擴容理論、失穩(wěn)理論、表面失穩(wěn)理論等。本文從工程實際的角度出發(fā)，在收集和分析國內(nèi)外。本文從工程實際的角度出發(fā)，在收集和分析國內(nèi)外巖爆發(fā)生的工程實例的基礎(chǔ)上，對巖爆發(fā)生的基本條巖爆發(fā)生的工程實例的基礎(chǔ)上，對巖爆發(fā)生的基本條件和規(guī)律進行分析和研究，這是十分必要的。件和規(guī)律進行分析和研究，這是十分必要的。 表表3列出國內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生巖爆的一些隧列出國內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生巖爆的一些隧道工程的概況，從中對巖爆發(fā)生的條件，道工程的概況，從中對巖爆發(fā)生的條件，或許可以找出一些可供參考的規(guī)律。表或許可以找出一些可供參考的規(guī)律。表

13、1中中參數(shù)參數(shù)c 表示巖石單軸抗壓強度；表示巖石單軸抗壓強度；Is表示點表示點荷載強度；荷載強度；max 和和min 分別表示地應(yīng)力分別表示地應(yīng)力的最小值和最大值。的最小值和最大值。 通過對已發(fā)生巖爆地下工程的施工調(diào)查，可初通過對已發(fā)生巖爆地下工程的施工調(diào)查，可初步歸納出以下幾點：步歸納出以下幾點： 1、從開挖的坑壁，巖塊迅速射出。嚴重時，整個掌、從開挖的坑壁，巖塊迅速射出。嚴重時，整個掌 子面瞬間壓壞；子面瞬間壓壞； 2、在世界各地的深礦山中經(jīng)常發(fā)生；、在世界各地的深礦山中經(jīng)常發(fā)生； 3、在非常深的礦山中，也有襯砌瞬間破壞的情況。、在非常深的礦山中，也有襯砌瞬間破壞的情況。 此時，多是由于附

14、近的礦山開挖所致；此時，多是由于附近的礦山開挖所致； 4、在、在700以上埋深的情況發(fā)生的居多。在淺層的也以上埋深的情況發(fā)生的居多。在淺層的也 有發(fā)生的實例；有發(fā)生的實例； 5、視巖質(zhì)情況發(fā)生的方式不同。例如，日本清水嶺、視巖質(zhì)情況發(fā)生的方式不同。例如，日本清水嶺 下的四座隧道，關(guān)越隧道在頁巖中就沒有發(fā)生，下的四座隧道，關(guān)越隧道在頁巖中就沒有發(fā)生， 而在石英閃長巖中則發(fā)生多次；而在石英閃長巖中則發(fā)生多次； 6、有涌水時不發(fā)生；、有涌水時不發(fā)生； 7、與地層的方向、節(jié)理、夾層等強烈相關(guān)，例如順、與地層的方向、節(jié)理、夾層等強烈相關(guān)，例如順 層的情況下發(fā)生較多；層的情況下發(fā)生較多； 8、爆落塊的大小

15、各式各樣，但多是偏平的；、爆落塊的大小各式各樣，但多是偏平的； 9、掌子面附近的巖爆發(fā)生較多，掌子面打錨桿后可、掌子面附近的巖爆發(fā)生較多，掌子面打錨桿后可 防止巖爆；防止巖爆； 10、在同等地質(zhì)條件下，采用掘進機（、在同等地質(zhì)條件下，采用掘進機（TBM）施工）施工 的發(fā)生少，的發(fā)生少， 采用礦山法施工的發(fā)生多。采用礦山法施工的發(fā)生多。 在隧道勘測、設(shè)計階段，根據(jù)揭示的地在隧道勘測、設(shè)計階段，根據(jù)揭示的地質(zhì)條件應(yīng)該對巖爆的發(fā)生與否，有一個基本質(zhì)條件應(yīng)該對巖爆的發(fā)生與否，有一個基本判斷。判斷。 因此，一些國家對此曾提出相應(yīng)的基準，因此，一些國家對此曾提出相應(yīng)的基準，一些研究成果也提出若干建議。這些

16、規(guī)定和一些研究成果也提出若干建議。這些規(guī)定和建議可以作為判定巖爆發(fā)生的大致基準。建議可以作為判定巖爆發(fā)生的大致基準。 瑞士的SIA198號巖體分級標準中規(guī)定：第1類巖體有巖爆，其基本條件是：單軸抗壓強度c 100MPa、內(nèi)摩擦角40、粘結(jié)力C 2.0MPa。 挪威學者Bardon 提出如下判據(jù)： c /max =52.5 t /max = 0.330.16 輕微巖爆 c /max 5 t /max = 0.16 強烈?guī)r爆 我國“工程巖體分級標準”中規(guī)定：在極高應(yīng)力和高應(yīng)力條件下可發(fā)生巖爆。 極高應(yīng)力條件是c /max 80MPa(至少60MPa) 表3實例中的巖石單軸抗壓強度至少在6080MP

17、a以上，多數(shù)超過100MPa。這說明在巖石單軸抗壓強度小于6080MPa的巖石中發(fā)生巖爆的可能性是不大的。也就是說，巖爆基本上是在堅硬的硬巖體中發(fā)生的。 2、巖質(zhì)和巖性：堅硬、脆性 在列舉的工程實例中，巖爆多數(shù)發(fā)生在石英巖、花崗巖、正長巖、閃長巖、花崗閃長巖、大理巖、花斑狀大理巖、片麻巖等巖體中。 這些巖體的共同力學特性是脆性的巖體。即達到峰值強度后，巖石急劇斷裂。這可用巖石的脆性度表示。巖石的脆性指數(shù)是巖石峰值強度前的總變形與永久變形之比。并且比值越大，脆性越高。 表4 巖石脆性指數(shù)與巖爆的關(guān)系巖石脆性指數(shù)043.55.557.87巖爆發(fā)生強度無弱中等嚴重 3、巖體結(jié)構(gòu)：完整或基本完整 在列

18、舉的工程實例中，巖體結(jié)構(gòu)大都是完整的和比較完整的。因為，完整和比較完整的巖體，積聚有很大的彈性應(yīng)變能量。這是發(fā)生巖爆的必要條件之一。 4、地應(yīng)力場的應(yīng)力值：max 和min 地應(yīng)力值是表示巖體內(nèi)積聚彈性應(yīng)變能的具體指標。一般說,地應(yīng)力在巖體中是三維存在的。但為簡單計，在一般情況下可用地應(yīng)力中最大值表示。即最大地應(yīng)力值越大，積聚彈性應(yīng)變能越大。當巖石峰值強度前的彈性應(yīng)變能積聚量達到巖石巖爆臨界彈性能時，就將發(fā)生巖爆。因此可用下述指標判定巖爆發(fā)生強度。 max 0.25c 嚴重巖爆 max =0.150.25c 中等巖爆 max 1.35作為巖爆發(fā)生的一個判據(jù)。 5、 巖爆的發(fā)生與坑道輪廓的平整度

19、有關(guān)，例如在上述地質(zhì)條件下，采用掘進機(TBM)施工的隧道，就可能不發(fā)生巖爆，而采用鉆爆法施工的隧道就會經(jīng)常發(fā)生巖爆。這是因為鉆爆法在坑道輪廓上造成的超欠挖所致，而超欠挖所會造成圍巖局部高度應(yīng)力集中。并導致巖爆的發(fā)生。 隧道內(nèi)表面的凹凸不平，對巖爆的發(fā)生也具有一定的影響。因此，控制超欠挖也是控制巖爆發(fā)生的重要措施。 (四四)、 工程應(yīng)用工程應(yīng)用 根據(jù)上文分析提出的巖爆發(fā)生的基本條件，對目前正在施工的西康線秦嶺隧道出口段II線平導所發(fā)生巖爆的區(qū)段進行了驗證。西康線秦嶺隧道分為I線、II線，其中II線采用鉆爆法施工，I線采用掘進機(TBM)施工。 表5給出秦嶺隧道II線發(fā)生巖爆區(qū)段的地質(zhì)狀況。 需

20、要指出的是，在隧道開挖前這一地段(里程為DK77+735+854)被認為是“不發(fā)生巖爆”的，因為按照Barton判據(jù)發(fā)生巖爆需滿足最小值max /c0.2的臨界條件。結(jié)合本文提出的巖爆發(fā)生基本條件，進行重新考察，和得到max /c =0.150.1520.15，它滿足本文提出巖爆發(fā)生臨界最小值條件，這種情況與該地段現(xiàn)場發(fā)生的“輕度”巖爆很好地吻合。表5 秦嶺隧道II線巖爆發(fā)生區(qū)段地質(zhì)狀況 里程里程埋埋 深深m巖質(zhì)、巖性、種類巖質(zhì)、巖性、種類圍巖類別、圍巖類別、結(jié)構(gòu)完整性結(jié)構(gòu)完整性力學參數(shù)、力學參數(shù)、地應(yīng)力水平地應(yīng)力水平/MpaDYK77+735+854570620堅硬、脆性、片麻堅硬、脆性、片

21、麻巖巖VI類、類、完整性好完整性好c =145, max =21.722.21、 巖爆的類型、性質(zhì)和特點巖爆的類型、性質(zhì)和特點 在埋深大的圍巖內(nèi)開挖隧道或礦山時，巖石會從側(cè)壁、拱頂或開挖面，伴隨聲響飛出。這種現(xiàn)象叫做巖爆。這是因開挖隧道形成的應(yīng)力集中，超過巖石單軸抗壓強度，再加上表面不光滑的應(yīng)力集中所致。巖爆的機理，尚未明確。 但認為是由巖石的拉伸破壞的人不少。但也有問題。要使產(chǎn)生破壞的拉應(yīng)力發(fā)生，在巖石中就必需有弱點。根據(jù)經(jīng)驗，在沒有弱點的整體巖層中，更易發(fā)生巖爆。而且，其破裂面與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系不大。 因此，目前認為巖爆是由壓力產(chǎn)生的剪切破壞所致的較多。巖爆是因壓力顯著集中，超過周邊圍巖的抗壓

22、強度所引起；另外切入效果也頗引人注意。 巖爆是巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能的一種具有代表性的釋放現(xiàn)象。巖爆是突發(fā)性的，巖體急劇破壞，巖片由巖體表面上突然地飛出，而且，大部分發(fā)生在掌子面附近和邊墻上，與塌方、塌頂有明顯不同。 巖爆的特征可從多個角度去描述，目前，主要是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查所得到的巖爆特征,考慮巖爆危害方式、危害程度以及對其防治對策等因素，分為以下幾類： 1）、破裂松脫型 圍巖成塊狀、版狀、鱗片狀，爆裂聲響微弱，彈射距離很小，巖壁上形成破裂坑。破裂坑的深度，主要受圍巖應(yīng)力和強度的控制。 2）、爆裂彈射型 巖片彈射及巖粉噴射，爆裂聲響如同槍聲，彈射巖片體積一般不超過1/3m3 ，直徑510cm。

23、洞室開鑿后，一般出現(xiàn)片狀巖石彈射，崩落或成筍皮狀的薄片剝落，巖片的彈射距離一般為25m。巖塊多為中間厚，周邊薄的菱形巖片。 3）、爆炸拋射型 巖爆發(fā)生時，巨石拋射，其聲響如同炮彈爆炸。拋射巖塊的體積數(shù)從1m3 到數(shù)10m3，拋射距離從幾m到1020m。 此外，還有沖擊地壓型，遠圍巖地震型，斷裂地震型等，但隧道施工中很少遇到。 2、 巖爆治理的技術(shù)措施巖爆治理的技術(shù)措施 通過大量的工程實踐及經(jīng)驗的積累，目前已有許多行之有效的治理巖爆的措施。歸納起來有：加固圍巖、防護措施、完善施工方法、改善圍巖應(yīng)力條件及改變圍巖性質(zhì)等。 1）、圍巖加固措施是指對已經(jīng)開挖洞室周邊進行加固以及掌子面前超前加固，可改善

24、掌子面本身以及0.53倍洞室直徑范圍內(nèi)圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，使得洞室周邊巖體應(yīng)力狀態(tài)從兩向變?yōu)槿?，并具有防護作用，以防止彈射、塌落等事故。從工程實例來看，目前采取的加固治理措施大致有以下幾種： 2）、噴射混凝土或鋼纖維混凝土； 噴射混凝土法能將未清除干凈的小塊石粘結(jié)在一起，還能防止錨桿之間巖石碎片飛出；及時起到降低巖爆強度的作用。當噴射混凝土支護不能滿足要求時，可采用噴射鋼纖混凝土來增強柔性，以減少猛烈?guī)r爆的傾向，從而有效的阻止巖體發(fā)生較大的變形及表面開裂。 3）、系統(tǒng)錨桿 其主要作用是防止洞室周邊及掌子面巖體劈裂、剝落、巖塊塌落。施作方法是在拱頂處布置系統(tǒng)錨桿，當掌子面發(fā)生巖爆時，須向掘進前方打

25、超前錨桿對掌子面進行加固，錨桿長度一般為兩倍的爆破進尺距離。在一個循環(huán)的爆破之后仍有一部分錨桿存留在巖體中，對掌直面起著加固作用。這就是行之有效的膨脹錨桿(Swellex Bolt)治理隧道巖爆的原理。 圖 5 采用膨脹錨桿防止巖爆實施的四個階段 如圖5所示為采用膨脹錨桿控制掌子面的施工過程。24根4m長的錨桿安設(shè)在掌子面上，每一循環(huán)鉆爆進尺深度為1.5m，錨桿在爆破時被截斷，但仍有約2/3的桿體存留以保持掌子面的穩(wěn)定，這使得下一個循環(huán)鉆眼作業(yè)不受巖爆的影響。掌子面在安設(shè)錨桿之后同樣也施作混凝土。在發(fā)生巖爆的情況下，支護必須能夠屈服，通常錨桿破壞是由于超載而使其喪失承載力。巖爆可能產(chǎn)生相當大的

26、瞬時荷載作用在錨桿上，因此非屈服錨桿則會被破壞，而屈服錨桿則可以滑移并且約束巖塊的變形，當變形終止時，仍然保持相當?shù)募s束力。 在某些特殊情況下，如巖爆發(fā)生頻繁且較劇烈，通常采用鋼絲網(wǎng)或鋼支撐配合錨噴支護進行加固。 如上所述，按著巖爆的程度不同，可分為三種情況來處理：vl巖石剝落，破壞不嚴重：在掌子面上噴射混凝土，安設(shè)摩擦型錨桿，按要求使用墊板。錨桿長度應(yīng)為2倍循環(huán)進尺。vl中等程度的巖爆：噴射混凝土，布置系統(tǒng)的摩擦型錨桿。錨桿長度要求2倍進尺深度。在錨桿墊板與巖面之間加設(shè)木板。vl劇烈的巖爆：系統(tǒng)布置摩擦型錨桿，加鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土。 4）、改善圍巖應(yīng)力條件 從強度理論分析，巖爆是一種破壞，伴

27、隨著破壞釋放能量而造成震動、拋突、塌落、堵塞等災(zāi)害，若能使圍巖應(yīng)力小于其強度就不會發(fā)生巖爆，要達到此目的，可以從設(shè)計與施工的角度采取下述辦法。 在選擇隧道及其地下結(jié)構(gòu)物的位置時，應(yīng)盡量布置使其長軸方向與最大主應(yīng)力方向平行，這樣做可以減小洞室周邊的切向應(yīng)力。 在設(shè)計時選擇合理的開挖斷面形狀，如半圓形、橢圓形等近似圓形的斷面形狀，以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，特別是降低開挖后引起的不均勻的應(yīng)力集中程度。 在施工過程中，宜采用斷進尺和多循環(huán)來改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，這一點已被大量實踐所證實。 應(yīng)力解除法。在洞室開挖之前，在圍巖內(nèi)部造成一個破碎帶，使巖體原始應(yīng)力釋放。以便減弱開挖后的掌子面及洞室周邊圍巖應(yīng)力，使之不發(fā)

28、生巖爆或減弱巖爆的發(fā)生。 此法是從掌子面向前方打超前斜孔或在鉆孔中進行松動爆破形成一個低彈區(qū)，又稱超前應(yīng)力解除法。超前應(yīng)力解除是在施工中，一邊應(yīng)力解除，一邊掘進，已在許多工程中成功運用，例如秦嶺隧道出口段II線就是其中一例。圖 6 超前應(yīng)力解除法示意圖 如圖6所示，超前應(yīng)力解除法示意圖。B為破碎帶寬度，k為安全距離，為爆破角，L為爆破長度。 改變圍巖性質(zhì) 采用注水軟化的方法以改變圍巖的變形及強度特性，此法在秦嶺隧道出口段II線得到很好的運用，它也是一種積極防止巖爆的主動措施。 對于拱頂部位由巖爆所產(chǎn)生的松動巖塊進行清除，以保證施工安全。 （一）、（一）、 概述概述 根據(jù)國內(nèi)外隧道施工的實踐，在

29、下述條件下，施工過程中發(fā)生大變形工程現(xiàn)象，是必然的，正常的。vl 擠壓性圍巖的擠壓變形；vl 膨脹性圍巖的膨壓變形；vl 斷層破碎帶的松弛變形；vl 高地應(yīng)力條件下的軟弱圍巖的大變形等。 它們的共同特征是：斷面縮小、基腳下沉、拱腰開裂、基底鼓起等。變形初期不僅變形的絕對值很大，而且位移速度也很大。如不加控制或控制不及時,就會造成不可預(yù)計的后果。 例如我國寶中線的大寨嶺、老爺嶺、老頭溝隧道以及穿越煤系地層的家竹箐隧道等就出現(xiàn)了類似的大變形的情況。給施工設(shè)計造成極大的難題。這種情況在國外的隧道施工中，也是屢見不鮮的。如日本的惠那山公路隧道、Tauern、Arlberg等隧道都是典型的工程事例。在修

30、建的二朗山隧道，在高地應(yīng)力條件下，于軟巖及斷層破碎帶等地段，也將會出現(xiàn)較為嚴重的大變形現(xiàn)象，在工程的設(shè)計，施工過程中必需予以極大的關(guān)注。 但，應(yīng)該如何理解大變形這種工程現(xiàn)象?、大變形是如何產(chǎn)生的?、大變形發(fā)生的基本條件和規(guī)律是什麼?、各種工程措施控制大變形的工程效果如何?、 如何保證在大變形條件下，不遺留后患?、設(shè)計和施工應(yīng)采取的基本原則.等等一系列問題，都需要認真地加以研究和解決。而我國在治理隧道大變形現(xiàn)象上積累了一定的經(jīng)驗,如大寨嶺、家竹箐等隧道的治理工作。因此，總結(jié)和深化已經(jīng)取得的經(jīng)驗，改善設(shè)計和施工質(zhì)量是十分必要的。（四）、大變形的治理（四）、大變形的治理 大變形的治理措施，根據(jù)國內(nèi)外的施工經(jīng)驗，歸納如下： 1、 加強穩(wěn)定撐子面的輔助措施 正面噴混凝土和錨桿； 打超前錨桿或鋼筋； 2、 加強基腳的措施，這是基本的，即首先要把底鼓和側(cè)壁的擠入控制住。 向底部地層注漿加固； 向兩側(cè)打底部錨桿； 支撐加底板及加勁肋； 設(shè)底部橫撐或臨時仰拱；3、 防止斷面擠入的措施 增打加長錨桿；主要在兩側(cè)。錨桿長度一定要深入到圍巖塑性區(qū)一定范圍內(nèi)才有效果； 設(shè)底部橫撐，打底部錨桿，修筑仰拱；這是極為重要的工程措施； 縮短臺階長度，及早閉合； 下半斷