[发明专利]一种集成管道、隧道岩爆防治装置及其防治方法

说明书

本发明属于深埋隧道岩爆防治技术领域，具体是一种集成管道、隧道岩爆防治装置及其防治方法，该隧道岩爆防治装置包括液态二氧化碳致裂器、提供液态二氧化碳的液态二氧化碳提供模块以及控制驱动模块；还包括集成管道，液态二氧化碳致裂器与集成管道连通，集成管道与液态二氧化碳提供模块相连通；集成管道与控制驱动模块连接，以控制集成管道输送或释放液态二氧化碳。本发明能够达到释放围岩应力并降低围岩温度的效果，进而实现防治高地温隧道岩爆灾害的目的；该装置与方法所需主要材料为液态二氧化碳，不属于爆破物品，运输及使用安全性高，耗时少，效率高，对环境无污染。

技术领域

本发明属于深埋隧道岩爆防治技术领域，尤其涉及一种集成管道、隧道岩爆防治装置及其防治方法，主要适用于存在强烈岩爆、极强岩爆风险的水利水电、交通和矿山等高地应力深埋隧道，特别是存在高热害问题的隧道。

背景技术

高地应力深埋硬岩隧道开挖过程中，当岩体内积聚的高应变能突然释放时，经常诱发岩爆灾害，对现场的设备和施工人员造成一定的损伤。对于岩爆灾害的防治，主要可分为减能、释能和吸能三类。第一类减能主要通过优化设计开挖参数，减小能量聚集水平，优化能量分布和大小，如合理设计断面尺寸，优化开挖顺序、进尺等。第二类释能主要通过改变岩体性质，降低局部岩体的储能能力和实际储能大小，使局部聚集的高能量通过岩体破裂或变形耗散掉，如钻取超前应力释放孔，喷洒高压水软化岩体等。第三类吸能主要通过支护结构吸收岩爆冲击能量，如刚性支护，柔性支护和吸能支护等。根据研究成果和工程应用效果可知，减能防控需要明确待开挖区段的地质条件、岩体的力学性质和开挖卸荷下力学行为等，这些参数资料进行系统研究，一般较难详尽的获取。吸能防控主要吸收岩爆破坏时释放的能量，挡住破裂岩体，降低岩块飞出速度，这只能尽可能减小岩爆对设备和人员的损伤，属于一种被动防护手段。传统的高压注水或水压致裂技术不仅需要大量的水资源，而且在压裂液中添加的化学物质，对环境污染严重。

钻取超前应力释放孔属于岩爆发生前主动释放能量，可在一定程度上降低岩爆风险的释能防控方法，但是要防治极强岩爆或强烈岩爆，需要打很多应力释放孔。这不仅速度慢，而且耗时耗力。同时针对高地温地下工程，特别是涉及穿越活动断裂带的川藏铁路等极高地应力、超高地温隧道，还应综合考虑岩体内部降温的需要。

现有技术中，大多采用致裂器直接对隧道围岩进行致裂，这样对于高地温隧道来说达不到降温的要求，不利于后续的施工。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种集成管道、隧道岩爆防治装置及其防治方法，旨在降低高地温及高地应力对深埋隧道施工诱发岩爆的灾害，利用液态二氧化碳对超前钻孔进行局部致裂，使钻孔围岩预裂达到应力释放并降温的效果，从而实现高地温深埋隧道施工时防治岩爆与降温的目的。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于隧道岩爆防治装置的集成管道，用于输送和释放液态二氧化碳，其包括：位于外层的薄壁套管，薄壁套管的管壁上开设有释放孔；可转动地套设于薄壁套管内壁的外导管，外导管的管壁上也开设释放孔；以及位于外导管内部的内导管，用于安装导线，导线连通集成管道前端的液态二氧化碳致裂器和集成管道后端的控制驱动模块；其中，外导管与内导管之间形成输送和释放液态二氧化碳的管道腔；当转动外导管使外导管的释放孔与薄壁套管的释放孔非对齐时，管道腔形成用于输送液态二氧化碳的通道；当转动外导管使外导管的释放孔与薄壁套管的释放孔对齐时，释放孔形成释放液态二氧化碳的通道。

进一步地，集成管道还包括转动件，外导管的一端与薄壁套管通过转动件连接，外导管的另一端与隧道岩爆防治装置的绝热连接管路通过转动件连接。

进一步地，集成管道还包括绝热连接管路，外导管与绝热连接管路连接的一端设置一扩展部，扩展部的外端到内端的直径逐渐减小。