地下洞室爆破松动圈测试试验结论与建议

5.1　围岩塑性变形区和围岩爆破开挖松动圈深度的确定

围岩塑性区和爆破开挖松动圈是两个不同的概念，二者产生机理和发展模式不同。围岩塑性区的深度取决于爆破开挖的影响、地应力的分布形态、重分布应力与围岩岩体强度的比值等因素；而爆破松动圈是地下洞室爆破开挖后，围岩受爆破开挖扰动的影响，使得沿围岩表面径向方向产生大量爆破裂隙，恶化、并损害岩体的完整性的区域。

本次围岩爆破松动圈的测试，随岩体质量的变化，即围岩类别从Ⅱ类到Ⅳ类，围岩的爆破松动圈和围岩的塑性区均逐渐加深，岩石越差，应力调整越激烈，爆破越容易恶化和损害围岩的结构面和降低岩体的完整性及整体性：①Ⅱ类围岩爆破松动圈深度H≤50cm，地应力的调整变化和重分布没有加深塑性区深度；②Ⅲ类围岩爆破松动圈深度H≤70～90cm，地应力的调整变化和重分布加深了塑性区深度，一般为H＇≤140～160cm；③Ⅳ类围岩的爆破松动圈深度H≤50～110cm，地应力的调整变化和重分布加深了塑性区深度，一般为H＇≤150～170cm；④岩体塑性区深度是由爆破开挖产生的松动圈和围岩开挖后应力调整重分布效应叠加而成。

5.2　确定地下洞室爆破开挖和喷锚支护施工工艺的合理性

（1）爆破开挖施工工艺的合理性。通过三种不同方法获得的地下厂房塑性变形区深度的对比，可判断地下厂房的爆破开挖的施工工艺是合理的，满足技术规范和技术标准。方法一通过围岩爆破松动圈的实测，实测数值最大深度Hmax=170cm；方法二通过地下洞室塌落拱综合公式的理论计算，地下厂房塌落拱的最大高度为7.23m（泥板岩）、2.17m（砂岩和粉砂岩）；方法三根据多组不同条件有限元分析和地质力学模型试验地下厂房开挖后，在Ⅱ、Ⅲ类围岩内，洞周塑性区深度一般为2～7.5m，以剪切破损为主。在三种不同的方法中，实测的围岩塑性区的深度是最小的，没有超过理论计算值，说明地下洞室的开挖的施工工艺是合理、可选择的。

（2）喷锚支护工艺的合理性。从地下厂房围岩开挖揭露出来5个多月、根据设计图纸完成支护的情况下，实测的围岩塑性区的发展变化并没有加深。首次在HR0+17～HR0+18洞段下游边墙上做的围岩塑性区深度实测试验，经过100d后又在同一个位置附近上游边墙上做的围岩塑性区深度实测试验，围岩塑性区的深度没有发展、变化、加深。这说明，喷锚支护控制了围岩变形的进一步发展加深，效果显著，喷锚支护的工艺是合理的。受爆破扰动及地应力重分布的影响产生的塑性区易产生边墙剥落现象，开挖过程中，及时进行了锚杆和喷钢纤维混凝土复合型支护，顶拱和边墙发生剥落现象很少，总体上没有影响地下洞室围岩的整体稳定性。(www.xing528.com)

5.3　确定地下洞室爆破开挖保护层的厚度

根据围岩爆破松动圈和围岩塑性区的深度，可参照其最大深度来确定地下洞室Ⅱ层及以下和相邻洞室爆破开挖的保护层厚度，以确保岩锚梁开挖成型，减少第二次爆破开挖恶化岩锚梁部位岩体的完整性和整体性，减少该部位沿围岩表面径向方向产生大量爆破裂隙，特别对于地下厂房第Ⅱ层的开挖尤为重要，因为该开挖层有地下厂房重要建筑物岩锚梁的开挖。参照地下厂房实测的围岩爆破松动圈的深度和塑性区的深度，选择合理的保护层厚度，指导厂房Ⅱ层以下及相邻洞室爆破开挖的施工，为爆破开挖的设计提供保护层的厚度。根据上述Ⅱ～Ⅳ类围岩爆破松动圈和围岩塑性区实测的深度即可获得地下洞室保护层开挖的厚度。

5.4　合理确定地下洞室爆破开挖保护层的厚度的意义

围岩浅表层松弛变形主要形成因素为爆破开挖影响，降低了岩体承载质量而引起松弛变形及洞室应力重分布产生变形所致，对Ⅱ类围岩，松弛影响深度一般在0.8 m以内，对Ⅲ、Ⅳ类围岩，松弛影响深度一般在1.7m以内。通过试验结果分析和Ⅱ层中槽开挖时对保护层松弛变形检测所提供的资料，围岩松弛塑性区影响深度基本在2.2～4.4m范围内，施工时选择保护层厚度不小于4m，对减少边墙爆破开挖振动的影响和保护岩锚梁结构的完整性是有益的，非常重要的。