[发明专利]一种深埋隧洞即时型岩爆主动防控方法

说明书

本发明提供一种深埋隧洞即时型岩爆主动防控方法，属于岩土工程技术领域。该方法首先确定隧洞掌子面的最大主应力与最小主应力的大小和方向；然后，在掌子面前方与隧洞开挖轴线平行方向中心区域钻进深部炮孔与掏槽孔，起爆中心区域深部炮孔；再用速凝水泥对非中心孔的深部炮孔与掏槽孔孔口段进行封孔处理，高压注水后在掌子面沿隧洞轮廓线内布置常规炮孔，起爆常规炮孔；随着掌子面不断向前推进，以上钻孔爆破方案循环进行，后续循环过程中，常规炮孔的装药量可根据实际爆破效果酌减。本发明可广泛应用于高地应力条件下的水电、矿山、交通等行业。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是指一种深埋隧洞即时型岩爆主动防控方法。

背景技术

在深埋地下工程开挖过程中，在硬脆岩体高地应力地区通常会通过脆性破裂快速释放应变能而产生岩爆。岩爆作为深埋高地应力条件下硬岩地下工程开挖过程中常遇到的工程地质问题，因其具有突发性，并伴随着岩体中应变能的突然释放，形式上常表现为爆裂弹射，极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。

目前，主要的岩爆防治措施包括：(1)对于金属矿山深部开采，主要通过选择合适的开采方法和调整开采顺序，避免在开采过程中出现高应力集中区域，同时减小应变能积聚。(2)对于深埋隧道，在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，严格控制用药量，以尽可能减少爆破对围岩的影响。尽量采用光面爆破，以减小局部应力集中发生的可能性。(3)在可能发生岩爆的掌子面上，打超前应力释放孔，使其高应力提前释放。(4)采用喷锚、锚杆、钢丝网等刚性或者柔性支护，减少巷道及釆场顶板的岩石冒落，控制岩爆灾害的发生。(5)通过向爆破后的岩体进行注水，从而起到软化围岩，降低围岩脆性的作用。尽管这些方法减小了单次爆破时岩体释放的应变能，对于防治岩爆具有一定的效果，但这些方法忽视了岩体地应力及应变能瞬态释放的动力冲击，以牺牲开挖效率为代价，没有从根本上解决深埋隧洞即时型岩爆问题。

发明内容

本发明针对上述常用的深埋隧洞岩爆主动防控技术存在的不足，提供了一种可加快施工进度、降低施工成本、减少能量损失、增加集中应力解除可控性的深埋隧洞即时型岩爆主动防控方法。

该方法包括步骤如下：

(1)确定隧洞掌子面的最大主应力与最小主应力的大小和方向；

(2)对于不同的隧洞断面尺寸和实际工程所需的爆破效果，根据步骤(1)中确定的主应力的大小和方向确定掌子面前方中心区域深部炮孔的位置和个数，在掌子面前方与隧洞开挖轴线平行方向中心区域钻进深部炮孔与掏槽孔，孔深为2d，其中，d为常规炮孔孔深，深部炮孔包括中心孔和非中心孔，在深部炮孔中装药，装药量不多于孔深的1/2；

(3)起爆步骤(2)中的中心区域深部炮孔；

(4)采用速凝水泥对非中心孔的深部炮孔与掏槽孔孔口段进行封孔处理，速凝水泥浆凝固后，利用高压泵对中心孔的深部炮孔进行高压注水，注水压力持续上升至出现1～2MPa压力降后停止注水；

(5)根据实际工程隧洞断面形状、尺寸及所需的爆破效果在掌子面沿隧洞轮廓线内布置常规炮孔，孔深为d，然后进行微差爆破、预裂爆破或光面爆破；

(6)随着掌子面不断向前推进，以上钻孔爆破方案循环进行，后续循环过程中，常规炮孔的装药量逐渐减少。

其中，步骤(1)中隧洞掌子面的最大主应力大小和方向以及最小主应力大小和方向根据现场地质勘察报告及现场测试资料确定。

步骤(2)中掌子面前方中心区域深部炮孔的位置呈椭圆形分布，椭圆形包括椭圆和外围椭圆，椭圆具体设置为：椭圆的中心位于隧洞开挖轴线上，椭圆长轴方向与最大主应力方向一致，椭圆短轴方向与最小主应力方向一致，椭圆的长轴a和短轴b的比值等于最大主应力σ₁与最小主应力σ₃的比值。a和b的实际值可由现场爆破效果获取。