一种极高地应力干硬围岩隧道光面与岩爆防控钻爆开挖法的制作方法

1.本发明涉及地下岩体钻爆开挖领域，具体来讲是一种极高地应力干硬围岩地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法。


背景技术：

2.随高速公路、高铁、水电站等规划的开始实施，高坡降带、板块内构造活动最活跃区域，工程项目必然遭遇严重的山体滑坡、岩体崩塌、陡坡滚石、山洪泥石流等地质灾害威胁。
3.因交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程较坡面盘旋道路、上跨沟壑桥梁或地面建筑物等露天工程穿越地灾高发区有无比的优越性而被优先采用。但同时也伴随着大埋深、高地压、硬岩层而遭遇致命的高岩爆,其危及生命和设施，甚至不得不调整线路，其损失必定惨重,危害严峻。
4.高岩爆是在高地应力条件下，开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程，导致其坚硬脆性、干燥、裂隙不发育整体或块状结构围岩因卸载而突然失去约束,三维空间应力转为半无限平面应力，岩体内原先储存的高浓度弹性应变能瞬间、突发性急剧释放,围岩呈片状或饼状剥落、松脱、爆裂、弹射、甚至抛掷的一种动力失稳地质现象。高岩爆为严重的工程地质灾害,直接威胁施工人员生命和设备安全。
5.常规防控岩爆方法优、缺点：目前“一种硬岩隧道岩爆的主动防治方法”是在掌子面沿轮廓内外布置两排张开释放孔，非连续装药，内向传爆，爆后再注水于孔内，以消除岩爆，确保施工安全，但必然因轮廓备破坏，注水难度大，见图1。
[0006]“一种高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法与流程”，在掌子面中心布置楔形槽和孔，在孔割缝内实施定向水压劈裂以消突和消除岩爆。“一种掌子面强或极强岩爆防治开挖方法”，针对强或极强岩爆围岩隧道，在常规掏槽中布置爆破应力释放孔以消突。“一种高应力区防岩爆的隧道掘进方法”，采用椭圆曲面掌子面方式掘进爆破施工。“一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法”，为防岩爆掌子面为与隧道掘进方向相对的球面或椭球面，其边缘为槽。
[0007]
现有岩爆防控方法主要有光爆，以避免应力集中，严格装药，减少对围岩扰动；有喷水，以软化岩石消除应力隆起；还有预先松动爆破法、超前释放孔预爆法、超前小导坑掘进法、打应力释放孔以超前应力解除法，喷射钢纤维混凝土以及挂柔性防护网被动防护法，还有加强机械找顶和人工来回找顶法，但工程实践效果不佳或工艺复杂，工序繁多，操作性不强。
[0008]
因此，本技术在此提供一种极高地应力干硬围岩地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法，迎合开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程开挖，能够确保轮廓规整圆顺，且能防控或弱化岩爆需求


技术实现要素：

[0009]
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种极高地应力干硬围岩地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法，不但可防控高岩爆，而且还可达到地下工程开挖轮廓光整圆顺，从而获得安全、经济双重效益。
[0010]
本发明是这样实现的，构造一种极高地应力干硬围岩地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法，切合开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程开挖，能够确保轮廓规整圆顺，且能防控或弱化岩爆需求；其特征在于，具体操作如下：一）基于高岩爆成因机制，确保围岩与掌子面远离或尽量远离高地应力区域，在地下工程轮廓或近乎轮廓处钻爆释放孔，二次应力外移再分布，形成地下工程轮廓高地应力弧形释放区，避免或弱化岩爆；装药预爆破，可使地下工程轮廓或靠近轮廓一定程度破碎，孔间成缝，其目的就是为了确保较高二次地应力再次远离轮廓，地下工程轮廓规整圆顺，避免壁面凹凸，产生应力隆起；同时药柱间与孔顶、底以水柱充填，预爆后，地下工程轮廓处围岩更进一步软化，确保二次应力再次加强外移；二）释放孔、药卷、水柱及其间隔长度参数确定：释放孔长度为地下工程循环开挖进尺3-4倍，至少6m以上，孔径50-60mm；药卷:直径φ32mm-40mm,长度10cm-15cm；水柱：长度40-80cm,直径φ40mm-55mm，两者也可根据效果，进行调整；三）释放孔角度确定：释放孔仅仅布置于交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程轮廓上，轮廓高地应力才能获得释放，确保应力弧形隆起区远离地下工程轮廓，进入变形地压区域。
[0011]
由于地下工程施工，初支钢构支架外径向砼厚度4cm，内径向砼厚度2cm，实际开挖轮廓非镜面而呈微凹凸不平，钢构支架顶置位后，1cm会受到破坏，因此释放孔挂口离开挖轮廓线≤4-5cm；测量人员利用红外线精确布设释放孔位置，同时确定上一个循环进尺点与轮廓线距离，3
×
≤4-5cm，即可将角度转换成距离，精准确定钻孔角度；测量人也可投射隧道中心线。因此很容易投射这两个距离；四）释放孔装药结构：精准确定药柱、水柱与堵塞物等结构，先用炮棍将水柱送入孔底，然后将导爆索插入小药卷，倒过来，用炮棍推至水柱，再次推入水柱至药卷，以此类推。孔口可用湿润纸箱子、塑料薄膜等软物或其他堵塞；精准放置药柱、水柱与堵塞物，花费时间极短，操作简单，方便快捷；五）爆破网络结构：爆破网络稳定，施工快捷。每孔孔外，导爆索留长为与右时针方向邻孔间距再加22cm，在下孔右时针方向留一只手距离并在一起，用防水电工布缠牢，最后在右墙脚安装可提前主炮孔100ms-200ms起爆雷管；也可反之；连接时，导爆索紧贴岩壁，要平顺，而且要求不紧不松。
[0012]
六）起爆顺序：
应力释放孔需提前100ms-200ms起爆。
[0013]
本发明具有如下优点：1、较非岩爆交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程，钻爆施工没有多余工程量，仅仅是轮廓应力释放孔孔径更大，孔深更长，利用现有钻爆参数，即可同时获得光爆与岩爆防控双重效果。2、无论是孔口，还是方位都能精准定位，不需要更多使用其他器材。仅需测量人员软件计算好，就可轻巧、简单、快速完成，很容易掌握。3、高地应力释放孔钻孔施作，药柱、水柱制作，定位布设，仅依靠炮棍即可完成，其操作简单、快捷、方便，稳定。4、导爆索连线简单，雷管使用少，爆破网络稳定，因此，易于掌握。
附图说明
[0014]
图1为“一种硬岩隧道岩爆的主动防治方法”示意图；图2防控岩爆普通应力释放孔孔口与倾角示意图；图3释放孔孔口及角度的确定示意图；图4应力释放孔装药结构示意图；图5预爆网络连接示意图。
具体实施方式
[0015]
下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]
本发明申请在此提供一种极高地应力干硬围岩地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法，切合开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程开挖，能够确保轮廓规整圆顺，且能防控或弱化岩爆需求。
[0017]
首先，具有如下特点与要求：1、交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程围岩坚硬脆性、干燥、裂隙不发育整体或块状结构，且处于高地应力，易发生岩爆。
[0018]
2、开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程，断面规整圆顺，可优化断面应力特征，减少超欠挖，也可确保安全。
[0019]
3、避免因防控岩爆增加工程量。
[0020]
4、避免因岩爆出现危及作业人员生命和设施安全，甚至调整线路或位置。
[0021]
下面对本技术所述极高地应力干硬围岩下地下工程光面与岩爆防控钻爆开挖方法的实施步骤进行详细说明：一）基于高岩爆成因机制，确保围岩与掌子面远离或尽量远离高地应力区域，在地下工程轮廓或近乎轮廓处钻爆释放孔，二次应力外移再分布，形成地下工程轮廓高地应力弧形释放区，避免或弱化岩爆；装药预爆破，可使地下工程轮廓或靠近轮廓一定程度破碎，孔间成缝，其目的就是为了确保较高二次地应力再次远离轮廓，地下工程轮廓规整圆顺，避免壁面凹凸，产生应力隆起；同时药柱间与孔顶、底以水柱充填，预爆后，地下工程轮廓处围岩更进一步软化，
确保二次应力再次加强外移；二）释放孔、药卷、水柱及其间隔长度参数确定：释放孔长度为地下工程循环开挖进尺3-4倍，至少6m以上，孔径50-60mm；药卷:直径φ32mm-40mm,长度10cm-15cm；水柱：长度40-80cm,直径φ40mm-55mm，两者也可根据效果，进行调整；三）释放孔角度确定：释放孔仅仅布置于交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程轮廓上，轮廓高地应力才能获得释放，确保应力弧形隆起区远离地下工程轮廓，进入变形地压区域。
[0022]
由于地下工程施工，初支钢构支架外径向砼厚度4cm，内径向砼厚度2cm，实际开挖轮廓非镜面而呈微凹凸不平，钢构支架顶置位后，1cm会受到破坏，因此释放孔挂口离开挖轮廓线≤4-5cm；测量人员利用红外线精确布设释放孔位置，同时确定上一个循环进尺点与轮廓线距离，3
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≤4-5cm，即可将角度转换成距离，精准确定钻孔角度；测量人也可投射隧道中心线。因此很容易投射这两个距离；四）释放孔装药结构：精准确定药柱、水柱与堵塞物等结构，先用炮棍将水柱送入孔底，然后将导爆索插入小药卷，倒过来，用炮棍推至水柱，再次推入水柱至药卷，以此类推。孔口可用湿润纸箱子、塑料薄膜等软物或其他堵塞；精准放置药柱、水柱与堵塞物，花费时间极短，操作简单，方便快捷；五）爆破网络结构：爆破网络稳定，施工快捷。每孔孔外，导爆索留长为与右时针方向邻孔间距再加22cm，在下孔右时针方向留一只手距离并在一起，用防水电工布缠牢，最后在右墙脚安装可提前主炮孔100ms-200ms起爆雷管；也可反之；连接时，导爆索紧贴岩壁，要平顺，而且要求不紧不松。
[0023]
六）起爆顺序：应力释放孔需提前100ms-200ms起爆。
[0024]
本技术高地应力干硬围岩地下工程轮廓光面与岩爆防控钻爆开挖方法实施工艺特点为：1、较非岩爆交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程，钻爆施工没有多余工程量，仅仅是轮廓应力释放孔孔径更大，孔深更长，利用现有钻爆参数，即可同时获得光爆与岩爆防控双重效果。
[0025]
2、无论是孔口，还是方位都能精准定位，不需要更多使用其他器材。仅需测量人员软件计算好，就可轻巧、简单、快速完成，很容易掌握。
[0026]
3、高地应力释放孔钻孔施作，药柱、水柱制作，定位布设，仅依靠炮棍即可完成，其操作简单、快捷、方便，稳定。
[0027]
4、导爆索连线简单，雷管使用少，爆破网络稳定，因此，易于掌握。
[0028]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种极高地应力干硬围岩隧道光面与岩爆防控钻爆开挖法，切合开挖交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程开挖，既能够确保轮廓规整圆顺，又能防控或弱化岩爆需求；其特征在于，具体操作如下：一）基于高岩爆成因机制，确保围岩与掌子面远离或尽量远离高地应力区域，在地下工程轮廓或近乎轮廓处钻爆释放孔，二次应力外移再分布，形成地下工程轮廓高地应力弧形释放区，避免或弱化岩爆；装药预爆破，可使地下工程轮廓或靠近轮廓一定程度破碎，孔间成缝，其目的就是为了确保较高二次地应力再次远离轮廓，地下工程轮廓规整圆顺，避免壁面凹凸，产生应力隆起；同时药柱间与孔顶、底以水柱充填，预爆后，地下工程轮廓处围岩更进一步软化，确保二次应力再次加强外移；释放孔、药卷、水柱及其间隔长度参数确定：释放孔长度为地下工程循环开挖进尺3-4倍，至少6m以上，孔径50-60mm；药卷:直径φ32mm-40mm,长度10cm-15cm；水柱：长度40-80cm,直径φ40mm-55mm，两者也可根据效果，进行调整；三）释放孔角度确定：释放孔仅仅布置于交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程轮廓上，轮廓高地应力才能获得释放，确保应力弧形隆起区远离地下工程轮廓，进入变形地压区域；由于地下工程施工，初支钢构支架外径向砼厚度4cm，内径向砼厚度2cm，实际开挖轮廓非镜面而呈微凹凸不平，钢构支架顶置位后，1cm会受到破坏，因此释放孔挂口离开挖轮廓线≤4-5cm；测量人员利用红外线精确布设释放孔位置，同时确定上一个循环进尺点与轮廓线距离，3
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≤4-5cm，即可将角度转换成距离，精准确定钻孔角度；测量人也可投射隧道中心线；因此很容易投射这两个距离；四）释放孔装药结构：精准确定药柱、水柱与堵塞物等结构，先用炮棍将水柱送入孔底，然后将导爆索插入小药卷，倒过来，用炮棍推至水柱，再次推入水柱至药卷，以此类推；孔口可用湿润纸箱子、塑料薄膜等软物或其他堵塞；精准放置药柱、水柱与堵塞物，花费时间极短，操作简单，方便快捷；五）爆破网络结构：爆破网络稳定，施工快捷；每孔孔外，导爆索留长为与右时针方向邻孔间距再加22cm，在下孔右时针方向留一只手距离并在一起，用防水电工布缠牢，最后在右墙脚安装可提前主炮孔100ms-200ms起爆雷管；也可反之；连接时，导爆索紧贴岩壁，要平顺，而且要求不紧不松；六）起爆顺序：应力释放孔需提前100ms-200ms起爆。

技术总结
本发明公开了一种极高地应力干硬围岩隧道光面与岩爆防控钻爆开挖法，具体操作有：确定在高地应力干硬围岩下，地下工程轮廓光面与岩爆防控钻爆开挖方法理论基础，同时确定释放孔、药卷、水柱及其间隔长度参数，释放孔角度，释放孔装药结构，爆破网络，起爆顺序。本发明具有如下优点：1、较非岩爆交通隧道、地下矿山、水电站洞室等地下工程，钻爆施工没有多余工程量，仅仅是轮廓应力释放孔孔径更大，孔深更长，利用现有钻爆参数，即可同时获得光爆与岩爆防控双重效果。2、无论是孔口，还是方位都能精准定位，不需要更多使用其他器材。仅需测量人员软件计算好，就可轻巧、简单、快速完成，很容易掌握。掌握。掌握。


技术研发人员：张丹 伍宏宇 谢平 刘朋里 黄鹏
受保护的技术使用者：四川公路桥梁建设集团有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/9/12