巖爆隧道工程專項施工方案一、工程概況1.1工程基本參數(shù)本隧道為深埋硬巖隧道，設(shè)計全長315m，穿越板巖、砂質(zhì)板巖及炭質(zhì)板巖地層，埋深500-1500m，地應(yīng)力值15-30MPa，巖體單軸抗壓強度60-120MPa。隧道采用三心圓曲墻式斷面，凈寬10.25m，凈高5.0m，設(shè)計圍巖級別為IIIc級。支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)如下：H150格柵鋼架間距1.0m/榀，C25噴砼厚度23cm，拱部設(shè)Φ22中空組合注漿錨桿，邊墻設(shè)Φ22砂漿錨桿，錨桿縱向間距1.5m、環(huán)向間距1.2m，呈梅花形布置。1.2地質(zhì)特征隧道穿越地層以弱風(fēng)化巖體為主，裂隙較發(fā)育但巖體完整性較好。根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，最大水平主應(yīng)力25-30MPa，最小水平主應(yīng)力15-20MPa，垂直應(yīng)力18-22MPa，水平應(yīng)力顯著大于垂直應(yīng)力，具備典型巖爆發(fā)生條件。巖體天然含水率≤3%，無裂隙水，干燥堅硬的地質(zhì)特性加劇了巖爆風(fēng)險。1.3施工重難點巖爆分級防控：需根據(jù)輕微、中等、強烈三級巖爆特征制定差異化防控措施應(yīng)力釋放精度控制：應(yīng)力釋放孔需保證孔深4.5-5.0m、外插角25°-35°，偏差≤2°支護及時性要求：爆破后巖體暴露時間需控制在30min內(nèi)完成初噴作業(yè)實時監(jiān)測預(yù)警：需建立聲發(fā)射與應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，提前1-2h捕捉巖爆前兆二、巖爆特性分析2.1形成機理巖爆是深埋地下工程中巖體彈性應(yīng)變能突然釋放的動力破壞現(xiàn)象。當(dāng)巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能超過巖石破壞所需能量時，巖體結(jié)構(gòu)平衡被打破，多余能量導(dǎo)致巖石爆裂，使巖塊從母體剝離、崩出。本工程中干燥堅硬的板巖地層在高地應(yīng)力作用下，極易發(fā)生此類動力失穩(wěn)現(xiàn)象。2.2主要特征突發(fā)性：發(fā)生前無明顯征兆，常伴隨爆裂聲響，在看似穩(wěn)定的巖壁突然發(fā)生時空分布：多發(fā)生于新開挖工作面2-3小時內(nèi)，24小時內(nèi)最為活躍，持續(xù)時間可達(dá)1-2個月甚至1年以上；主要集中在拱部及拱腰部位，距掌子面0-10m范圍破壞形態(tài)：輕微巖爆表現(xiàn)為幾厘米厚的片狀剝落，中等巖爆形成幾十厘米深的三角形或弧形巖爆坑，強烈?guī)r爆可造成最深4.3m、沿隧道軸線長20m以上的持續(xù)破壞帶力學(xué)特征：新鮮堅硬巖體先產(chǎn)生聲響伴隨片狀裂隙，屬表部巖爆；強度較低巖體在掌子面后方一定距離發(fā)生深部沖擊型巖爆，沖擊力量更大2.3分級標(biāo)準(zhǔn)巖爆等級破壞特征巖爆坑規(guī)模分布特征輕微彈射型、沖擊地壓型，片狀剝落厚度＜10cm，軸向長度＜10m零星分布中等爆炸拋射型、破裂剝落型深度10-150cm，軸向長度10-20m成片分布強烈破裂剝落性，伴隨巨響深度＞150cm，最深達(dá)4.3m，軸向長度＞20m持續(xù)分布三、施工總體方案3.1施工組織采用臺階法施工，遵循"短進(jìn)尺、弱爆破、強支護、快封閉"原則，循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5-2.0m。施工循環(huán)流程為：超前地質(zhì)預(yù)報→應(yīng)力釋放孔施工→鉆爆作業(yè)→通風(fēng)排煙→危石清理→高壓水噴灑→初噴支護→錨桿安裝→鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)→復(fù)噴砼→監(jiān)控量測。3.2開挖施工3.2.1鉆爆參數(shù)設(shè)計采用淺孔光面爆破技術(shù)，具體參數(shù)如下：炮孔布置：掏槽眼深度2.0m，輔助眼1.8m，周邊眼1.5m裝藥量控制：單孔裝藥量≤300g，周邊眼采用間隔裝藥，不耦合系數(shù)1.5-2.0起爆網(wǎng)絡(luò)：非電毫秒雷管起爆，段位間隔≥50ms，周邊眼滯后掏槽眼100ms起爆單位耗藥量：硬巖段取0.25kg/m3，軟巖段取0.15kg/m33.2.2應(yīng)力釋放措施超前應(yīng)力釋放孔：Φ42-50mm鉆孔，孔深4.5-5.0m，環(huán)向間距40-50cm，外插角25°-35°，每循環(huán)布置15-20個孔高壓水軟化：爆破后立即采用0.8-1.2MPa高壓水噴灑巖面，流量5-8m3/h，噴頭距巖面0.5-1.0m，持續(xù)時間≥15min淺孔松動爆破：在強烈?guī)r爆段，于掌子面布置深度1.5-2.0m的松動爆破孔，單孔裝藥量200g，形成2-3m厚松動圈3.3支護體系施工3.3.1分級支護方案巖爆等級支護流程關(guān)鍵參數(shù)輕微危石清撬→初噴→錨桿安裝→掛網(wǎng)→復(fù)噴初噴C25鋼纖維砼5cm，錨桿長3.0m，鋼筋網(wǎng)Φ8@20×20cm中等應(yīng)力釋放→高壓水→初噴→錨桿→掛網(wǎng)→鋼架→復(fù)噴鋼纖維摻量60kg/m3，錨桿長3.5m，格柵鋼架間距0.8m強烈人員撤離→待避→應(yīng)力釋放→初噴→錨網(wǎng)噴→鋼架→二次注漿雙層鋼筋網(wǎng)，錨桿長4.5m，鋼架密排0.5m，復(fù)噴厚度30cm3.3.2關(guān)鍵工序控制初噴作業(yè)：采用TK961濕噴機，工作風(fēng)壓0.6-0.8MPa，鋼纖維砼配比（水泥:砂:石:水=1:2.0:2.5:0.55），鋼纖維摻量60kg/m3錨桿施工：Φ22mm中空注漿錨桿，錨固力≥150kN，注漿壓力0.5-0.8MPa，采用孔底注漿工藝確保飽滿鋼筋網(wǎng)安裝：Φ8mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20×20cm，與錨桿焊接固定，搭接長度≥20cm格柵鋼架：H150型鋼冷彎成型，接頭采用螺栓連接，每榀鋼架設(shè)4處鎖腳錨桿，與圍巖間隙用砼墊塊填塞四、質(zhì)量控制措施4.1鉆爆施工質(zhì)量控制炮孔位置偏差≤5cm，孔深偏差≤10cm，角度偏差≤2°周邊眼采用Φ25mm藥卷間隔裝藥，線裝藥密度0.2-0.3kg/m爆破后斷面超挖量≤15cm，欠挖量≤5cm，開挖輪廓平整度≤10cm/2m每循環(huán)進(jìn)行爆破效果檢查，根據(jù)巖塊粒徑（控制在30cm以內(nèi)）調(diào)整爆破參數(shù)4.2支護施工質(zhì)量控制鋼纖維砼28d抗壓強度≥25MPa，抗折強度≥4.5MPa，初噴厚度誤差±1cm錨桿拉拔試驗每30根抽檢1組，錨固力≥150kN，合格率100%鋼筋網(wǎng)保護層厚度≥3cm，與錨桿焊接點抗拉力≥5kN噴射砼表面平整度≤5cm/2m，無空鼓、裂縫，回彈率≤15%4.3監(jiān)測質(zhì)量控制聲發(fā)射監(jiān)測采樣頻率10kHz，信號頻次＞50次/min時發(fā)出預(yù)警應(yīng)力傳感器每50m布設(shè)1組，每組3個測點，應(yīng)力突增＞5MPa時啟動預(yù)警監(jiān)控量測頻率：爆破后1-12h每2h一次，1-7d每天一次，7-30d每3d一次量測數(shù)據(jù)及時分析反饋，當(dāng)水平收斂速率＞0.2mm/d或拱頂下沉＞0.15mm/d時調(diào)整支護參數(shù)五、安全保障措施5.1防護設(shè)施掌子面防護：掛雙層Φ8mm鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格20×20cm），間距0.5m，用Φ22mm錨桿固定設(shè)備防護：鉆機、裝載機等設(shè)備安裝10-15mm厚鋼制防護棚，抗沖擊強度≥50kN/m2人員防護：配備防彈背心、鋼盔、防沖擊眼鏡，掌子面作業(yè)人員每人配備應(yīng)急撤離警報器臨時支護：強烈?guī)r爆段設(shè)置可移動鋼支架，間距1.0m，防護高度≥2.5m5.2作業(yè)安全控制爆破后等待時間：輕微巖爆30min，中等巖爆1h，強烈?guī)r爆2h后方可進(jìn)洞危石清理采用機械輔助，人工撬頂時設(shè)置2人一組，一人操作一人監(jiān)護高壓水噴灑時壓力從0.5MPa逐步升至1.2MPa，防止瞬間壓力過大引發(fā)巖爆支護作業(yè)遵循"由外向內(nèi)、由上至下"原則，嚴(yán)禁在未支護區(qū)域長時間作業(yè)5.3應(yīng)急管理制定三級應(yīng)急響應(yīng)機制：輕微巖爆（現(xiàn)場處置）、中等巖爆（工區(qū)響應(yīng)）、強烈?guī)r爆（項目應(yīng)急）洞內(nèi)每50m設(shè)置避難硐室，配備應(yīng)急照明、通訊設(shè)備及3天應(yīng)急物資每月組織1次巖爆應(yīng)急演練，演練內(nèi)容包括人員撤離（目標(biāo)時間5min內(nèi)）、設(shè)備防護、臨時支護等建立24h監(jiān)測預(yù)警中心，配備專職監(jiān)測員，巖爆預(yù)警后10min內(nèi)完成人員撤離六、輔助系統(tǒng)保障6.1通風(fēng)排煙系統(tǒng)采用110kW壓入式風(fēng)機，風(fēng)量2000m3/min，風(fēng)管直徑1.5m阻燃風(fēng)筒，出風(fēng)口距掌子面≤10m，確保爆破后30min內(nèi)排煙至粉塵濃度≤2mg/m3。6.2供水系統(tǒng)洞內(nèi)布設(shè)Φ100mm供水管，工作壓力1.2MPa，在掌子面附近設(shè)置3個灑水點，配備高壓噴槍（射程5-8m），滿足高壓水噴灑與施工用水需求。6.3監(jiān)測系統(tǒng)建立"聲發(fā)射+應(yīng)力+位移"三位一體監(jiān)測體系：聲發(fā)射傳感器：掌子面后方10m布設(shè)3個測點，實時監(jiān)測巖體破裂信號應(yīng)力傳感器：拱頂、左右邊墻各布設(shè)1個測點，量程50MPa，精度0.1MPa位移監(jiān)測：每10m設(shè)置1個監(jiān)測斷面，測線布置拱頂下沉與水平收斂七、施工組織管理7.1組織機構(gòu)成立巖爆專項管理小組，由項目經(jīng)理擔(dān)任組長，下設(shè)：技術(shù)組：負(fù)責(zé)巖爆分級判定與方案制定施工組：負(fù)責(zé)鉆爆、支護等現(xiàn)場作業(yè)實施監(jiān)測組：負(fù)責(zé)實時監(jiān)測與預(yù)警發(fā)布安全組：負(fù)責(zé)防護設(shè)施檢查與應(yīng)急管理7.2進(jìn)度計劃采用"短循環(huán)、快支護"施工組織模式，每個循環(huán)作業(yè)時間控制：鉆爆作業(yè)：4h（含應(yīng)力釋放孔施工）通風(fēng)排煙：0.5h出碴作業(yè)：3h支護作業(yè)：4.5h循環(huán)周期：12h，日進(jìn)度1.5-2