岩爆预测和分级：隧道工程

岩爆是否发生及其表现形式主要取决于岩体中是否储存了足够的能量，是否具有释放能量的条件及能量释放的方式等。由于围岩的性质千差万别，至今没有统一的判断标准和分级标准。

目前，岩爆预测主要依据各种理论判据和实际地质构造情况进行综合判定。勘测阶段根据宏观地质调查岩性、埋深或实测地应力及岩石钻孔取样进行大致岩爆段落的判断；施工阶段结合施工期间表观现象、微震监测等手段进行预报预测。

国内对于岩爆预测理论判据的研究主要集中在岩石强度和地应力比值以及基于岩体内弹性变形能量为基础的研究。实践表明，判断产生岩爆有5个方面的主要指标：① 岩石强度，一般认为Rb≥80 MPa或50 MPa（Rb为岩石单轴抗压强度）。② 岩层原始地应力，σ0≥(0.15～0.2)Rb。③ 围岩级别：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。④ 隧道埋深H≥50 m 。⑤ 岩石干燥无水，呈脆性，节理基本不发育。一般发生岩爆的隧道基本上能同时满足这5个条件，也有极少数的隧道，在未完全满足这5个条件的情况下，施工开挖释放了弹性变形能，也出现了岩爆。因此，为了更具普遍性，只要满足其中任意三项指标时，即可判定岩爆的存在。

对于岩爆分级问题，目前国内外尚有不同的见解。岩爆分级方法很多，如强度理论、刚度理论、能量理论、失稳理论、断裂理论、冲击波引发理论等。国内一般采用岩石强度应力比Rb/σmax（σmax为垂直于隧道轴线方向的围岩最大初始应力）对岩爆进行分级，如《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）（表9-7-1）和《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）（表9-7-2）给出的岩爆分级判据，《公路隧道设计规范　第一册　土建工程》（JTG 3370.1—2018）岩爆分级见表9-7-3。

表9-7-1　铁路隧道岩爆分级

表9-7-2　岩爆分级判据(www.xing528.com)

表9-7-3　岩爆分级

注：σθmax为洞壁最大切向应力；Rb为岩石单轴抗压强度。

在隧道开挖过程中，可采用下列方法进行岩爆预报：① 以超前钻探法为主，辅以地震波、电磁波、钻速测试、地温探测等手段。② 观察岩体表面的剥落，监听岩体内部发生的声响。③ 采用工程类比法进行宏观预报。现在的趋势是更加侧重于实际的表观现象，将岩爆划分为轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆、剧烈岩爆四个等级。

公路隧道、铁路隧道设计规范都规定岩爆处置应遵循“以防为主、防治结合”的原则，对可能发生岩爆段应进行监测、预报，应根据岩爆分级采取措施。