隧道巖爆施工方案

1

編制說明

31.1

編制依據(jù) 31.2

編制原則 31.3

編制范圍 42

工程概況

42.1

線路概況

42.2

隧道主要工程量

43 巖爆的特點及辨識

43.1

巖爆的基本特征

43.2

巖爆產生的條件

53.3

判斷巖爆發(fā)生的應力條件

63.4

地應力計算與隧道巖爆預測

63.4.1XX

.......................................................................................... 63.4.2XX

.......................................................................................... 63.4.3XX

.......................................................................................... 73.4.4XX

.......................................................................................... 84、巖爆的預防及處理方案

104.1

總體施工方案

104.2

超前地質預報

104.2.1

超前探孔

114.2.2

地質素描

114.3

加強光面爆破控制，提高爆破效果

114.4

加強初期支護

124.4.1

輕微巖爆區(qū)

124.4.2

中等巖爆區(qū)

124.5

超前應力釋放

124.6

加強高壓水沖洗

134.7

加強效果檢測

134.8

巖爆發(fā)生時的處理措施................................................................

134.9、巖爆防護開挖臺架

145、安全防護措施

155.1

成立巖爆預防及救援小組............................................................

155.2

安全防護措施

165.3

洞內作業(yè)安全技術措施................................................................

175.3.1

鉆爆作業(yè)安全措施

175.3.2

人員及機械防護措施..............................................................

185.3.3

洞內作業(yè)救援逃生措施

18

1.1

編制依據(jù)⑴、《XXXXX

標招標圖》；《XXXXX

⑵、國家和交通部現(xiàn)行有關工程的設計規(guī)范、施工指南、工程質量檢驗評定標準及安全技術規(guī)程；⑶、國家和四川省政府的有關法律、法規(guī)和條例、規(guī)定；⑷、現(xiàn)場詳細的施工技術調查資料；⑸、施工單位資源狀況、施工技術水平及管理水平；1.2

編制原則⑴、貫徹執(zhí)行國家、交通部、當?shù)卣贫ǖ挠嘘P政策。⑵、按照公路工程施工程序，合理安排施工進度，保證質量，確保按期完工，節(jié)約資源，保護環(huán)境，取得社會和建設單位信譽。⑶、堅持科學性、先進性、經濟性與合理性、實用性相結合的原則，采用先進的施工技術、科學的組織方法，合理安排施工。⑷、堅持高起點規(guī)劃、高標準要求、高質量落實，全面實現(xiàn)質量目標的原則。積極推廣應用新技術、新工藝、新設備、新材料、新測試方法，采用國內外先進、成熟、可靠的方法和工藝，優(yōu)化施工方案，實現(xiàn)安全、質量目標。⑸、堅持以人為本，安全生產的原則。施工生產活動始終把人的健康安全放在首位，嚴格執(zhí)行GB/T28001-2001

職業(yè)健康安全管理體系，認真編制施工安全技術方案，加強過程控制，落實保證措施，保證安全生產投入，實現(xiàn)安全生產。⑹、加強質量管理，嚴把質量關，確保工程質量符合要求。1.3

編制范圍XXXXX

合同段所有隧道弱巖爆段。

2.1

線路概況XXXX

合同段位于

XXXX

境內，設計起訖樁號為

K118+370～K126+000，全長

7.63km。標段工程施工范圍為：土石方15

萬方、防護圬工

4.5

萬方、橋梁

312.18m/4

7237m/3.5

XX1883m、XX3126m、XX1482m、XX746m

48

個月。2.2

隧道主要工程量

施工前除采取儀器測定外，應對巖爆有個基本的辨識，在施工過程中及時發(fā)現(xiàn)、及時采取應對措施，確保施工安全。3.1

巖爆的基本特征巖爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現(xiàn)象，當巖體中聚積的高彈性應變能大于巖石破壞所消耗的能量時，破壞了巖體結構的平衡，多余的能量導致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學領域的世界性難題。

輕微的巖爆僅剝落巖片，無彈射現(xiàn)象。嚴重的可發(fā)生石塊彈射、冒落和突出等災害。隧道巖爆有以下特點：①爆發(fā)生前，沒有明顯征兆。隧道施工時，一般的敲幫問頂、清除懸浮石也無法檢明出。②巖爆發(fā)生的地點主要集中開挖工作面附近。③巖爆發(fā)生的時間多在爆破后4-6

小時，但也有的較遲緩。④巖爆是由人工開挖誘導產生的，它與開挖方式及支護措施有直接相關。⑤巖爆主要發(fā)生在埋深較大，所處巖層性狀較單一，彈性模量等物理力學性能較高，能儲存一定的應變能量。3.2

巖爆產生的條件（1）近代構造活動山體內地應力較高，巖體內儲存著很大的應變能，當該部分能量超過了硬巖石自身的強度時；（2）

圍巖堅硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，當應力解除后，回彈變形很??；（3(一般埋藏深度多大于200m)且遠離溝谷切割的卸荷裂隙帶；（4）地下水較少，巖體干燥；（5）開挖斷面形狀不規(guī)則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷面變化造成局部應力集中的地帶。（6）地質構造巖爆大都發(fā)生在褶皺構造的堅硬巖石中。巖爆與斷層、節(jié)理構造密切相關。當掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時，極容易觸發(fā)巖爆。巖體中節(jié)理密度和張開度對巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時，也可能發(fā)生巖爆。3.3 判斷巖爆發(fā)生的應力條件用天然應力中的最大主應力

σ

1

與巖塊單軸抗壓強度

Rc

之比進行判σ

1/Rc>0.165～0.35(或

Rc/σ

1>6.06～2.86)的脆性巖體最Rc/σ

1

=

4~

7

為高地應力,

Rc/σ

1

<

4

3.4

地應力計算與隧道巖爆預測隧道最大埋深達

513m，本次根據(jù)區(qū)內最大埋深及最易發(fā)生巖爆地段進行預測，最大垂直應力：σ

H=γ

h=26KN/m3×513m=8.5MPa最大水平應力：Hmax=7.36+0.0225×513=25.52MPa巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）為

44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa巖體初始壓力σ

1=34.00MPa≥（0.15～0.2）Rc根據(jù)我國實測成果提出的巖爆判斷：當σ

1≥（0.15～0.2）Rc

時可能產生巖爆，因此，擬隧道圍巖存在巖爆可能。隧道最大埋深達

628m，本次根據(jù)區(qū)內最大埋深及最易發(fā)生巖爆地段進行預測，最大垂直應力：σ

H=γ

h=26KN/m3×628m=16.3MPa最大水平應力：Hmax=7.36+0.0225×628=21.49MPa巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）為

44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa巖體初始壓力σ

1=37.79MPa≥（0.15～0.2）Rc根據(jù)我國實測成果提出的巖爆判斷：當σ

1≥（0.15～0.2）Rc

時可能產生巖爆，因此，擬隧道圍巖存在巖爆可能。此外，根據(jù)以往隧道發(fā)生巖爆經驗，其發(fā)生巖爆的巖體均處于埋深大于200m

的較堅硬巖和堅硬巖中，且地下水不發(fā)育。前述知，區(qū)內巖體以堅硬巖花崗巖和花崗閃長巖組成為主，埋深基本上大于

200m，節(jié)理不發(fā)育地段較多，主要以Ⅲ級圍巖為主，且段落較長，地下水不發(fā)育，均以充分證明擬設隧道發(fā)生巖爆的可能性較大。隧道最大埋深達

630m，本次根據(jù)區(qū)內最大埋深及最易發(fā)生巖爆地段進行預測，最大垂直應力：σ

H=γ

h=26KN/m3×630m=16.3MPa最大水平應力：Hmax=7.36+0.0225×630=21.54MPa巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）為

44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa巖體初始壓力σ

1=37.84MPa≥（0.15～0.2）Rc根據(jù)我國實測成果提出的巖爆判斷：當σ

1≥（0.15～0.2）Rc

時可能產生巖爆，因此，擬隧道圍巖存在巖爆可能。此外，根據(jù)以往隧道發(fā)生巖爆經驗，其發(fā)生巖爆的巖體均處于埋深大于200m

的較堅硬巖和堅硬巖中，且地下水不發(fā)育。前述知，區(qū)內巖體以堅硬巖花崗巖和花崗閃長巖組成為主，埋深基本上大于

200m，節(jié)理不發(fā)育地段較多，主要以Ⅲ級圍巖為主，且段落較長，地下水不發(fā)育，均以充分證明擬設隧道發(fā)生巖爆的可能性較大。隧道最大埋深達

900m，本次根據(jù)區(qū)內最大埋深及最易發(fā)生巖爆地段進行預測，為晉寧～澄江期花崗巖，現(xiàn)將推斷敘述如下：最大垂直應力：σ

H=γ

h=26KN/m3×900m=23.4MPa最大水平應力：Hmax=7.36+0.0225×900=27.61MPa巖石單軸飽和抗壓強度（Rc）為

44.30MPa（0.15～0.2）Rc=6.65～8.86MPa巖體初始壓力σ

1=51.01MPa≥（0.15～0.2）Rc根據(jù)我國實測成果提出的巖爆判斷：當σ

1≥（0.15～0.2）Rc

時可能產生巖爆，因此，擬隧道圍巖存在巖爆可能。此外，根據(jù)以往隧道發(fā)生巖爆經驗，其發(fā)生巖爆的巖體均處于埋深大于200m

的較堅硬巖和堅硬巖中，且地下水不發(fā)育。前述知，區(qū)內巖體以堅硬巖花崗巖和花崗閃長巖組成為主，埋深基本上大于

200m，節(jié)理不發(fā)育地段較多，主要以Ⅲ級圍巖為主，且段落較長，地下水不發(fā)育，均以充分證明擬設隧道發(fā)生巖爆的可能性較大。各隧道存在巖爆可能性段落見下表。

4.1

總體施工方案加強超前地質預報

,對巖爆出現(xiàn)的可能性與等級進行預測,以便施工時提前采取相關措施防范。加強光面爆破，提高光面爆破效果，降低瞬發(fā)性的巖爆。加強初期支護，延緩巖爆應變釋放的強度和頻率。采用噴霧和高壓水進行沖洗巖壁，進一步釋放巖爆應變能量。4.2

超前地質預報在施工時，可直接根據(jù)施工掌子面的地質條件，如巖體結構面產狀用發(fā)育狀況，巖體的破碎程度、巖石的變質程度、巖體強度及地質應力等，來對掌子面前方的巖體條件、產狀及完整性進行預測，用以指導采取預防措施。

另一方面，按設計要求，在進行隧道主體施工前，超前對平行導坑進行施工，然后根據(jù)平導施工收集到的地質信息、數(shù)據(jù)來對隧道主體施工巖爆發(fā)生的可能性進行預測。平導離主體隧道越近，預報越精確。本隧道平導距主體隧道

30m體施工進行預測，同時，利用地質法收集到的信息對預測進行應證和糾正。

超前探孔在隧道掌子面開挖地面以上1.

5

m

位置,

左右兩側各鉆一孔,

孔深

5~6

m,

每2

個循環(huán)交替鉆進,

通過鉆探探明前方圍巖地質表現(xiàn),

可以幫助推斷高頂應力的情況。

地質素描在開挖后對掌子面、左右邊墻揭示的圍巖產狀、巖性等進行描述繪制上圖,

分析判斷前方10~

20

m

范圍的圍巖情況,

每一個開挖循環(huán)都作地質素描,

確保分析判斷的連續(xù)性。4.3

加強光面爆破控制，提高爆破效果(1)采用光面爆破技術，在中等以上巖爆區(qū)，周邊眼間距控制在

25cm以內，采用隔眼裝藥，堵塞炮泥，增加光爆效果，以達到開挖輪廓線圓順。盡量避免凹凸不平造成應力集中，以達到減弱巖爆的發(fā)生。(2)循環(huán)進尺，減少一次用藥量。拱部采用小藥卷光面爆破措施，拉大不同部分炮眼的雷管段位間隔，從而延長爆破時間，減少對圍巖的爆破擾動，減少爆破動應力的疊加，控制爆發(fā)裂隙的生成，避免由于爆破誘發(fā)巖爆，從而降低巖爆頻率和強度。（3）預先在工作面有可能發(fā)生巖爆的部位有規(guī)則地打一些空眼，不設錨桿而注水，以便釋放應力，阻止圍巖達到極限應力而產生巖爆。4.4

加強初期支護

輕微巖爆區(qū)實施全斷面光面爆破開挖，循環(huán)進尺不得超過

4

米，爆破、通風、找頂后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔

5～10

分鐘，使開挖面充分濕潤，撒水噴頭水柱不小于

10

米。打設洞壁環(huán)向應力釋放孔：孔徑

?50mm，深

3

1.5×1.5m

1.2*0.9

調整為

1.0*1.0長度由

2.5m

調整為

3.0m，或依據(jù)設計建議調整。

中等巖爆區(qū)

4m調整為臺階法施工。爆破、通風、找頂后洞壁、掌子面撒水三遍，每遍相隔

5～10

分鐘，使開挖面充份濕潤，撒水噴頭水柱不小于10

米。打設洞壁環(huán)向應力釋放孔：孔徑?50mm，深3

米，間距1.5×1.5m。掛網(wǎng)噴砼初期支護；必要時根據(jù)實際情況及時與設計、監(jiān)理溝通，采取加強支護：藥卷錨桿間距由

1.2*0.9

調整為

0.8*0.8，錨桿長度由

2.5m

調整為3.5m，或依據(jù)設計建議調整。對于中等以上的巖爆洞段，在鉆爆施工時，可在拱角、邊墻及頂部加深鉆打周邊眼，然后向眼孔內噴灌高壓水，對圍巖進行軟化，從而人為提前加快圍巖的應力釋放。眼孔超前深度可取2m。4.5

超前應力釋放對于中等以上的巖爆洞段，在鉆爆施工時，可在拱角、邊墻及頂部加深鉆打周邊眼，然后向眼孔內噴灌高壓水，對圍巖進行軟化，從而人為提前加快圍巖的應力釋放。眼孔超前深度可取2m。4.6

加強高壓水沖洗在隧洞開挖后，洞內圍巖巖體的應力狀態(tài)被破壞，其巖體所儲存的應變能一部分應隨爆破開挖而釋放出來，另一部分通過應力重組而逐步形成第二應力場。而在洞壁四周一些突出開裂巖塊，還存在一定殘余應力，該殘余應變能在一定的時候，會通過巖爆這種形式釋放出，從而給施工帶來一定潛在威脅。在開挖后，應及時的用錨噴用高壓風水對圍巖壁進行沖洗。一方面可部分消抵掉巖塊中儲存的應變能量，另一方面可改變巖塊的物理力學性能，降低其彈性模量。4.7

加強效果檢測巖爆洞段在施工時，按以上措施處理后，還需緊密追蹤檢測處理效果，以便調整處理的力度和強度，從而進一步確保施工安全。4.8

巖爆發(fā)生時的處理措施（1）設臨時防護網(wǎng)：主要是防止飛石傷人和砸壞機具。（2）待避及清除浮石：在巖爆比較猛烈的時候，應在安全處躲避一段時間，待避到平靜時為止；洞頂?shù)膸r爆松石要清除掉。（3）噴霧射水：巖爆后立即向工作面及工作面以后一定距離的隧道周邊進行噴霧和高壓沖洗，以適當改變巖石力學性質，降低巖石的脆性，將需釋放的能量轉變?yōu)闊崮堋＃?）加強施工支護工作在爆破后立即向拱部及側壁噴射混凝土，再按要求增加加設錨桿及鋼筋網(wǎng)。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨桿進行支護。襯砌工作要緊跟開挖工序進行，以盡可能減少巖層暴露的時間，減少巖爆的發(fā)生和確保人身安全，必要時可采取跳段襯砌。同時應準備好臨時鋼木排架等，在聽到爆裂響聲后，立即進行支護，以防發(fā)生事故。（5）對發(fā)生巖爆的地段，可采取在巖壁切槽的方法來釋放應力。以降低巖爆的強度。（6（7）施工中加強高地應力地段圍巖量測工作,

每

5

m

設置一個量測斷面,

每個斷面在路面以上

1.

5

m、5

m

位置各設一條水平測線、拱頂設一個測點,

開挖時及時將量測樁埋好

,

做好拱頂下沉和水平收斂量測,

盡早取得初始量測資料

,

真正起到指導施工的作用。如實記錄開挖面和初期支護量測數(shù)據(jù),

根據(jù)圍巖量測結果不斷調整、優(yōu)化施工方案,

確保順利通過高地應力地段。4.9、巖爆防護開挖臺架為確?，F(xiàn)場作業(yè)人員在掌子面鉆孔裝藥、初期支護過程中的安全，特對開挖作業(yè)臺架進行特殊設計，避免巖爆發(fā)生時拱頂?shù)羰瘜θ藛T造成一定傷害。30001439 P18P19伸縮油缸

P13頂棚滑道2220022

1820

1820

1820P16

P17P30000

10906580

2781

5.1

成立巖爆預防及救援小組項目部成立巖爆預防及應急響應指揮小組，負責巖爆預防技術和應急救援指揮、協(xié)調工作。組 長：副組長：成 員：具體分工如下：組 副組長：協(xié)助組長負責應急救援的組織和指揮工作。工程部：負責研究制巖爆控制措施，研究制定搶險措施并付諸實施。上報巖爆控制及救援小組。物機部：保障設備、物資的調配，保證后勤物資供給。財務部：提供資金支持。辦公室及調度室：負責進行對外聯(lián)絡、車輛調配工作，組織救援傷者及護送、轉院等具體工作，并調動本公司人員進行現(xiàn)場救護。作業(yè)隊：負責巖爆段控制措施的作業(yè)實施。5.2

安全防護措施（1掌子面架設移動防護架，防止巖塊飛出傷人，有效地保護人員及設備安全。（2）加強現(xiàn)場巖爆監(jiān)測、警戒及巡回找頂，必要時及時躲避。組織專門人員全天候巡視警戒及監(jiān)測。巖爆一般在爆破后

2

h

左右比較激烈，以后則趨于緩和，多數(shù)發(fā)生在

0～50

m

范圍和掌子面處。從地質方面來看，巖爆發(fā)生的地段有其相似的地層條件和共性條件，使短距離的預報成為可能。聽到圍巖內部有沉悶的響聲時，應盡快撤離人員及設備。特別是強烈?guī)r爆地段，每次爆破循環(huán)后，作業(yè)人員及設備均應及時躲避一段時間，待巖爆基本平靜后，立即灑水噴混凝土封閉巖面，以保證后序作業(yè)的進行。巡視、警戒人員要對巖爆段，特別是強烈?guī)r爆段巖石的變化仔細觀察，發(fā)現(xiàn)異常及時通知，撤離施工人員及設備，以保證安全。（3）加強對施工人員巖爆知識教育。強化作業(yè)人員安全紀律教育以及巖爆常識、防護知識的學習；嚴格執(zhí)行有關技術和安全操作規(guī)程；危險地段增設照明并設醒目標志。5.3

洞內作業(yè)安全技術措施

鉆爆作業(yè)安全措施鉆眼前，檢查工作環(huán)境的安全狀態(tài)，待開挖面清除浮石以及瞎炮處理完畢后方可進行鉆眼作業(yè)；鑿巖機的支架，在碴堆上鉆眼時，應保持碴堆的穩(wěn)定；用電鉆鉆眼時，不得用