0引言烏斯河隧道位于四川省雅安市漢源縣烏斯河鎮(zhèn)境內(nèi)，屬于山區(qū)。它位于四川盆地西部邊緣，是盆地向東過渡的青藏高原地帶。隧道穿越的山體渾厚，山勢陡峻，峽谷縱橫，大渡河在路線左側(cè)由西向東流過。該隧道橫貫的山區(qū)地形特征顯著，其最高點海拔為2584m，而隧道的入口處，即大渡河附近，海拔則大約為657m。兩者之間的相對高差達到了驚人的1927m，展現(xiàn)了該地區(qū)典型的高中山峽谷地貌特征。隧道全長6027m，最大埋深1479m，本段隧道埋深較大，且以硬巖為主，隧道在完整性較好且局部地下水貧乏閃長巖段，巖石堅硬且埋深較大，地應(yīng)力較高時，具備巖爆發(fā)生的條件。施工中發(fā)生弱～中等巖爆。1巖爆概述巖爆現(xiàn)象通常發(fā)生在高地應(yīng)力環(huán)境下的地下工程挖掘作業(yè)中。在這種條件下，堅硬而脆弱的巖石圍巖因為挖掘作業(yè)而釋放原有的負荷，導(dǎo)致洞壁承受的應(yīng)力出現(xiàn)差異。這種差異使得巖石中累積的彈性潛能得到迅速釋放，引發(fā)了一系列如巖石爆裂、脫落、彈出甚至被拋出的動態(tài)地質(zhì)事件，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為巖爆，是一種由動力失衡引起的地質(zhì)災(zāi)害[1]。當巖爆發(fā)生時，通常會伴隨著響聲和震動。一部分的潛能在釋放過程中被消耗，而剩余的能量則轉(zhuǎn)化為動能。巖石圍巖由原本的靜態(tài)平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)失衡，導(dǎo)致巖石塊體從巖體中分離，有時甚至以劇烈的方式向空間方向拋射，這一過程包括了巖石劈裂、剪斷和彈射3個連續(xù)的階段[2]。在高地應(yīng)力的硬巖環(huán)境中開挖地下洞室時，施工活動會干擾原有的地應(yīng)力狀態(tài)，為地應(yīng)力的重新分布創(chuàng)造了條件。當高地應(yīng)力作用于洞室的巖石壁面時，常常會誘發(fā)巖石的脫落、彈出和拋射等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象通常伴隨著聲響，形成了巖爆。巖爆的出現(xiàn)對施工人員和設(shè)備構(gòu)成了嚴重的安全威脅。在面對高地應(yīng)力硬巖環(huán)境下的地下洞室施工時，常見的做法是結(jié)合被動防護和主動避讓策略。這包括施工人員穿戴專門的防護裝備，施工機械裝備防護板，以及在開挖完成后等待巖爆活動結(jié)束再繼續(xù)后續(xù)工序。這些措施雖然能夠讓巖爆自然發(fā)生并采取一定的防護措施，但仍然存在較大的安全風(fēng)險，并且由于等待時間的不確定性，施工進度也難以控制。2巖爆安全施工措施2.1開挖方法在挖掘作業(yè)中，采用“短進尺，多循環(huán)”的策略，并結(jié)合光面爆破技術(shù)，縮短周邊眼間距，嚴格管制藥量，以盡可能降低爆破對周圍巖石的沖擊，盡可能使開挖斷面規(guī)整，簡言之就是采用光面爆破技術(shù)，以達到對圍巖少擾動、周圍圓滑為原則，縮小出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的可能性。在巖爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內(nèi)，周邊眼間距40cm，盡量縮小對圍巖的爆破擾動。假如進一步加劇巖爆，現(xiàn)場準備采用臺階法開挖，以進一步降低開挖爆破對圍巖形成的擾動。光面爆破施工工藝流程如圖1所示。圖1光面爆破施工工藝流程2.2灑水降溫開挖爆破后，要及時向掌子面噴水，對巖面進行濕潤處置。經(jīng)過噴霧灑水降低掌子面溫度，使圍巖變軟，促使原始應(yīng)力在巖層釋放調(diào)節(jié)的同時，有效減少爆破過程中空氣中產(chǎn)生的粉塵量。巖石浸水后力學(xué)特殊性質(zhì)改變，巖石強度和彈性模量減小，提升塑性變形的性能和增加橫向變形的系數(shù)能夠在一定程度上減輕巖爆的發(fā)生。在巖爆發(fā)生較為劇烈的區(qū)域，通過設(shè)置超前孔作為注水點，注入高壓水流以軟化圍巖，并促進其內(nèi)部應(yīng)力的快速釋放。2.3加強支護為了增強隧道掌子面的穩(wěn)定性，采取了一系列加固措施，包括使用鋼纖維增強的混凝土、?6規(guī)格的鋼筋網(wǎng)以及?25的巖爆隧道錨桿與鋼架的組合來鞏固圍巖。2.3.1鋼纖維混凝土鋼纖維的加入顯著提升了混凝土的抗剪和抗彎性能，相比普通混凝土更具優(yōu)勢。在開挖作業(yè)后，施工團隊使用鋼纖維混凝土對整個開挖區(qū)域（包括掌子面）進行初步封閉，初步噴涂厚度控制在5cm，以預(yù)防巖爆時巖石碎片的彈射。在安裝完鋼支撐和錨桿之后，再進行一次噴涂以達到預(yù)定的設(shè)計厚度。2.3.2鋼筋網(wǎng)施工中使用的鋼筋網(wǎng)采用?6鋼筋，網(wǎng)格尺寸為25cm×25cm。鋼筋網(wǎng)需緊貼圍巖鋪設(shè)，并與錨桿緊密結(jié)合，共同作用以減緩和控制巖爆的產(chǎn)生。2.3.3錨桿應(yīng)用錨桿作為深入巖層的拉力構(gòu)件，一端與結(jié)構(gòu)物連接，另一端錨固于巖層之中。錨桿分為自由段和錨固段兩部分：自由段負責傳遞錨桿頭部的拉力至錨固體，起到施加預(yù)應(yīng)力的作用，對隧道的穩(wěn)定支撐至關(guān)重要[3]。在遇到強烈?guī)r爆的區(qū)域時，采用4m長的?25漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿進行圍巖加固。這種中空預(yù)應(yīng)力錨桿能夠迅速為圍巖提供支撐力，克服了傳統(tǒng)砂漿錨桿強度增長緩慢的問題。在鋼纖維混凝土噴涂完成掌子面封閉后，現(xiàn)場施工人員會安裝?25錨桿以固定掌子面圍巖，防止巖爆時的碎片迸射?，F(xiàn)場研制使用快速安裝的巖爆隧道錨桿，內(nèi)部中空，外部連接有活動連接器和拱形墊板，以及固定連接的套體。所有錨桿尾部均裝有尺寸為150mm×150mm×6mm的墊板?？煽焖侔惭b?25巖爆隧道錨桿如圖2所示。圖2可快速安裝?25巖爆隧道錨桿2.3.4鋼架烏斯河隧道常見巖爆類型為弱～微巖爆，巖爆聲響為清脆爆裂聲，剝離現(xiàn)象嚴重，少量彈射，巖爆持續(xù)較長，斷口呈弧形凹腔，巖板呈棱板狀，為了應(yīng)對格柵鋼架可能出現(xiàn)的較大形變，通常需要采取更換拱形結(jié)構(gòu)或增加拱形支撐的措施。鑒于此，施工現(xiàn)場選擇使用型鋼鋼架來提供加固支撐，根據(jù)不同的巖爆強度，微巖爆采用錨噴支護，弱、中巖爆分別采用I12.6工字鋼間距120cm和I14工字鋼間距100cm布置。工地巖爆的初期支護方法，除了要提供足夠高的支撐力以抵擋周圍潛在的圍巖壓力外，還需要在這種破壞方式下抵擋沖擊變形，也就是要有能量的吸收能力。因此，采用錨網(wǎng)噴射系統(tǒng)支護的系統(tǒng)性和聯(lián)合承載力，保證鋼筋網(wǎng)、錨桿和噴射混凝土形成一個避免相互獨立作業(yè)的完整結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。通過這種方式，不僅能有效避免因劈裂導(dǎo)致的巖爆風(fēng)險，還能為圍巖提供必要的支撐力。這使得圍巖在三軸壓縮應(yīng)力狀態(tài)下保持穩(wěn)定，從而降低了因剪切破壞引發(fā)的巖爆風(fēng)險。2.4超前錨桿以該隧道項目為例：實施了?32的超前錨桿來固定掌子面前端的圍巖，錨桿長度設(shè)定為4.5m，外插角10°～14°，拱部90°范圍內(nèi)布置，循環(huán)進尺3m，根據(jù)現(xiàn)場巖爆實際情況進行調(diào)整。保證在一個循環(huán)爆破后，仍有一部分錨桿留在巖體內(nèi)，對巖體起到加固作用。預(yù)防拱頂圍巖因巖爆掉落。超前錨桿布置方法如圖3所示。圖3超前錨桿布置2.5超前應(yīng)力釋放孔預(yù)應(yīng)力釋放孔的設(shè)計宗旨在于積極為巖體創(chuàng)造變形條件，以便釋放其內(nèi)部累積的高應(yīng)力[4]。在地下洞室的開挖進程中，爆破開挖形成的臨空面會改變洞室周圍的初始地應(yīng)力狀態(tài)。在地下洞室開挖前，施工團隊在掌子面后1m處的洞壁上，沿洞室徑向鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔。這些孔在洞壁與開挖面交匯點以45°和60°的角度向前斜打，孔的深度達到隧道徑向的3m位置。在每個預(yù)定點，分別在水平方向、向下45°和向上45°的方向鉆設(shè)3個孔。在這些孔的底部，安裝100g的2號巖石乳化炸藥和雷管，然后在孔口部分用黏土炮泥堵塞0.4m，通過這種方式進行預(yù)先爆破，旨在釋放應(yīng)力，使孔周圍的巖石產(chǎn)生微裂縫。這一過程使得巖石中積累的彈性潛能區(qū)域向遠離洞室主體的方向延伸，同時將最大應(yīng)力轉(zhuǎn)移到圍巖的更深層。這樣，在隨后的開挖循環(huán)中，洞壁的臨空圍巖就不太可能因受拉而破壞，有效避免了巖爆的發(fā)生[5]。應(yīng)力釋放孔布置如圖4所示。圖4應(yīng)力釋放孔布置具有高初始地應(yīng)力的硬巖開挖爆破后，由于應(yīng)力重分布，在洞周產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，當作用在圍巖上的應(yīng)力大于圍巖抗拉強度時，會產(chǎn)生巖石剝落、彈射、拋擲等現(xiàn)象，并伴隨顯著聲響，造成巖爆。巖爆的發(fā)生對施工人員和設(shè)備構(gòu)成嚴重的安全威脅，處置不當會造成人員傷亡及機械的損壞。因此，該方法可從源頭上解決地下洞室開挖后的巖爆問題。烏斯河隧道現(xiàn)場實際施工工程中，采用多功能鉆機鉆設(shè)泄壓孔，既能提高鉆孔效率又能起到機械化減人的目的。平均每孔鉆設(shè)時間縮短3min，整體時間減少54min。同時，多功能鉆機可使用遙控器控制，操作人員距掌子面較遠，更能保證人員安全。3質(zhì)量控制措施（1）對掌子面、拱部和兩側(cè)邊墻進行2～3次精確的找平。嚴格執(zhí)行現(xiàn)場監(jiān)控制度，杜絕冒險操作。（2）運用光面爆破技術(shù)，嚴格控制炸藥用量，以減少對圍巖的沖擊。（3）精心調(diào)配鋼纖維噴射混凝土的配比，并通過工藝試驗確保工程質(zhì)量。（4）強化支護措施，爆破后迅速對拱部和側(cè)壁進行噴射混凝土，初步噴涂厚度為5cm，隨后安裝錨桿和網(wǎng)片，并及時施工能有效承載的摩擦型錨桿作為施工支撐。（5）在強烈?guī)r爆區(qū)域的二次襯砌完成后，加強對襯砌變形的監(jiān)測，必要時提升二次襯砌混凝土等級至鋼筋混凝土。（6）基于過往施工經(jīng)驗，記錄并總結(jié)現(xiàn)場巖爆的特點，以便更好地指導(dǎo)施工。4安全防護措施巖爆可能在爆破后立即發(fā)生，或有延遲。延遲的巖爆通常是深層巖體應(yīng)力釋放的結(jié)果，巖石在應(yīng)力釋放過程中沿節(jié)理面進一步松弛，有時沿節(jié)理面掉落，這種災(zāi)害更隱蔽，難以預(yù)防。為此，采取以下措施。（1）巖爆后立即停止作業(yè)并避險，記錄巖爆的詳細情況，包括位置、落石數(shù)量、彈射速度和距離等，并評估巖爆強度。（2）為施工人員提供頭盔和防彈衣，為關(guān)鍵施工設(shè)備安裝防護鋼板，在掌子面設(shè)置移動防護架，保護人員和設(shè)備免受飛石傷害。在臺車上作業(yè)時，前方可設(shè)置攔截網(wǎng)，降低飛石傷害風(fēng)險。（3）在巖爆施工區(qū)域設(shè)置警示標志，配備安全防護用品箱，提醒進洞人員佩戴防護裝備。（4）加強現(xiàn)場監(jiān)測、警戒和定期檢查，必要時及時避讓。（5）加強施工人員防沖擊培訓(xùn)；強化操作員安全紀律和爆破、防護知識學(xué)習(xí)；嚴格執(zhí)行技術(shù)和安全規(guī)程；在危險區(qū)域增設(shè)照明和醒目標志。（6）加強監(jiān)測，中等巖爆區(qū)域每10m、強烈?guī)r爆區(qū)域每5m設(shè)置監(jiān)測點，按規(guī)范執(zhí)行測量頻率，及時處理數(shù)據(jù)，指導(dǎo)