1 工程概况
巴玉隧道位于藏南谷地，隧址区地面标高3 260～5 500 m，高差达2 300 m，为典型的高山峡谷地貌。隧道起讫里程为DK190+388—DK203+461，巴玉隧道为重难点控制性工程，全长13 073 m。隧址区地层以花岗岩、闪长岩等坚硬岩石为主，地质构造复杂，最大埋深2 080 m，存在岩爆、放射性、危岩落石、冻害等不良地质，特别是岩爆问题突出，施工安全风险极大，属于Ⅰ级风险隧道。
巴玉隧道正洞预测岩爆段共计12 242 m，占其长度的94%，其中轻微岩爆段4 106 m，中等岩爆段5 922 m，强烈岩爆段2 214 m。岩爆发生的强度、持续时间、频率不一，形态多样，在世界隧道施工史上均属罕见。为有效应对隧道岩爆，对掌子面前方的地应力、岩爆预警和预防、岩爆等级进行深入分析，探讨高原隧道岩爆施工风险动态管控措施。
2 隧道岩爆定义、分类及危害
2.1 岩爆的定义、分类
岩爆是高地应力区隧道开挖后岩体内部存储的应变能突然释放，或者是原本处于极限平衡状态的岩体由于外部扰动，开挖临空面岩块剧烈弹射或脱离母岩的动力学现象。隧道开挖前后，围岩处于高应力状态，当应力超过岩石强度时岩爆现象会突然发生。
依据岩石单轴抗压强度Rc、最大主应力σ1和洞壁最大切向应力σmax，将岩爆划分为4个等级：轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆、剧烈岩爆［2］。岩爆预判标准见表1。
表1 岩爆预判标准
隧道掌子面的岩性条件和岩层地应力的大小是产生岩爆的2个决定性因素。岩爆的发生必须在岩体中先存储能量再释放能量，直到岩体最终被破坏并脱离母岩。因此，岩爆是否发生及其表现主要取决于岩体中是否储存有足够的能量，是否具有释放能量的条件和方式［3］。
2.2 岩爆发生位置、危害及等级判定
2.2.1 岩爆发生位置
岩爆在未发生前并无明显的预兆，但在隧道开挖施工时突然发生，大部分岩爆发生在掌子面及后方2～3 个洞径范围内，有时在掌子面后方几百米处仍会发生。岩爆发生时间主要集中在爆破后2～6 h。岩爆发生时岩石呈棱片状、薄片状、块状和板状，伴随着劈啪声和清脆的爆裂声，岩体深处偶有闷雷声传出，零星间断或持续时间较长（有的岩爆持续数天）。巴玉隧道随着掘进的进行，埋深越来越大，正洞各掌子面均已进入中等或强烈岩爆区域，施工中岩爆频发，严重影响施工生产安全与进度［4］。
通过对已发生岩爆事件的大量统计，巴玉隧道岩爆常发生在地质结构较完整的Ⅱ级和Ⅲ级围岩段和构造应力较集中的破碎带。据现场统计，岩爆发生部位以拱腰为主，占比75%以上，边墙、掌子面、拱顶发生概率较小。
2.2.2 岩爆的危害
①岩爆弹射的石块对施工现场作业人员的身体和心理都会造成伤害；②对大型机械设备如
钻孔台车、湿喷机、挖掘机、装载机、自卸车等施工机械造成损坏，维修和更换设备的频率增加；③中等及强烈岩爆地段，伴随着拱顶、拱腰垮塌，施工安全风险增加；④岩爆发生时，作业人员及机械设备需要停机等待，造成工效严重降低，工期不可控；⑤岩爆产生的爆坑，引发的垮塌区域，需要钢拱架、钢筋网片、混凝土等填充，造成材料浪费成本增加［5］。
2.2.3 岩爆等级的判定
施工过程中对硬岩段的岩性、岩石的物理力学性能、地应力、开挖、爆破方式等因素进行综合分析，综合考虑岩爆的发生范围、影响深度、岩石形态及运动特征、持续时间、危害程度等多方面因素，参考微震监测数据及现场地质条件，结合已有的岩爆判据判定岩爆等级［6］。
3 隧道岩爆段施工措施北方奔驰
3.1 轻微岩爆段
在巴玉隧道进口DK190+997—DK191+047，DK191+237—DK191+287 等段落，经岩爆预测发生轻微岩爆的概率为88.1%，无岩爆的概率为11.9%，说明有轻微岩爆的风险。
开挖至DK191+020—DK191+030 和DK191+248—DK191+275 段时，掌子面发出轻微噼啪声、撕裂声，岩体表面出现分层、松脱、剥离现象，持续时间短，对施工干扰小，人员机械停机，等待应力释放。
现场采取的措施：①开挖每循环不得超过3 m，尽可能全断面开挖，一次成型，减小对围岩的扰动。②及时在掌子面和洞壁喷洒高压水，洒水量在0.8～1.2 m3∕m，降低围岩应力。③在岩爆发生段落拱墙布设长2 mϕ22的砂浆锚杆，环向和纵向间距均为1.5 m。锚杆注浆材料使用普通硅酸盐水泥或者硅酸盐和砂子（要求粒径小于2.5 mm），水灰比0.38～0.45，胶骨比1∶0.5～1∶1，且砂浆强度等级不应小于M20。④在岩爆发生段落拱墙布设ϕ6 钢筋网，网格间距25 cm×25 cm。采用厚8 cm 锚网喷射混凝土支护，混凝土必须满足设计的强度、厚度及其与岩面黏结力要求。
采取锚网喷支护后，由于加入了钢纤维，初喷混凝土强度和整体性得到了提高，有利于抵抗轻微岩爆造成的破坏，深入岩层的系统锚杆可将岩体黏结起来，增加岩体强度，抵抗岩
体张裂破坏［7-8］。
3.2 中等岩爆段
在巴玉隧道进口DK191+439—DK191+489、出口DK201+443—DK201+493 等段落，经岩爆预测发生强烈岩爆、中等岩爆、轻微岩爆的概率分别为0.5%，55.3%，28.1%。无岩爆的概率为16.1%，说明有中等岩爆的风险。
开挖至DK191+445—DK191+478 和DK201+460—DK201+480 段时发生中等岩爆，掌子面发出清脆的爆裂声，岩体表面松脱、剥离严重，岩爆持续时间长，有随时间推移向深处发展的趋势。剥落岩体呈透镜状、棱板状。爆坑最大深度0.7 m，岩块弹射最大距离3 m。现场采取的施工措施：①掌子面初喷10 cm 厚CF25 钢纤维混凝土封闭，进尺控制在2.5 m 以内，尽可能全断面开挖，一次成型，减小对围岩的扰动。②及时在掌子面和洞壁喷洒高压水，洒水量为1.0～1.5 m3∕m。采用超前钻孔应力解除法释放部分围岩应力。③爆破后开挖面及时初喷5 cm 厚CF25 钢纤维混凝土，钢纤维混凝土用量为1.0 m3∕m，采用ϕ6钢筋网，网格间距25 cm×25 cm。打设长3 mϕ25 涨壳式中空注浆锚杆，锚杆间距1.0 m × 1.0
m，梅花形布置。安装时锚杆垫板要将钢筋网压住后再复喷C25 混凝土5 cm，混凝土用量为1.0 m3∕m。
通过加密加深涨壳式锚杆，增加钢纤维混凝土初喷厚度，达到快速支护效果，基本控制了中等岩爆。
3.3 强烈岩爆段
在巴玉隧道进口DK193+569—DK193+599、出口DK201+490—DK201+525 等段落，经岩爆预测发生强烈岩爆、中等岩爆、轻微岩爆的概率分别为65.5%，25.5%，7.2%，无岩爆的概率为1.8%，说明有强烈岩爆的风险。
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