The invention relates to a method for high pressure stress cracking of a tunnel with large deformation and a device thereof, which is especially suitable for the prevention and control of the large deformation of the surrounding rock in the high stress and deep buried tunnel engineering. The method comprises the following steps: determining the tunnel section, the hole, the grouting of the inner cavity of the hole, and the pulse pressure fracturing of the surrounding rock. The method of forming stress blocking layer by fracturing pressure, stress redistribution to tunnel surrounding rock stress of surrounding rock, reduce the high stress tunnel, effective prevention and control of large deformation of surrounding rock, and the pulse pressure than the high pressure or hydraulic fracturing pressure required to be low, can reduce the equipment supply pressure requirements, reduce the volume of the equipment, more conducive to carry out construction work in the tunnel space, and for the use of clean energy, no pollution, energy saving, convenient construction, improve the construction speed, pulse pressure is also more conducive to the removal of the fracturing and through the debris, the crack effect is better, can eliminate the harm from high stress tunnel all.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法及其装置,尤其适用于高地应力、深埋隧洞工程的围岩大变形防治。
技术介绍
在埋深大或构造运动强烈的地层中建造隧洞,施工过程中在掌子面和掌子面前数倍洞径范围内,因高地应力作用,常发生各种形式的围岩大变形,对施工人员和机械设备造成严重威胁,影响施工进度并增加工程投资。因此,高应力隧洞围岩大变形防治是隧洞施工作业的重点。目前大变形的防治方法可分为三种:1、被动防治2、主动防治3、综合防治。被动防治是在不改变围岩应力状态的前提下,通过隧洞内部支护承受围岩应力,维持围岩的稳定性,此方法在围岩大变形处置中广泛应用,但在围岩高应力条件下,其支护难度和成本大量增加,影响施工进度,且增加施工成本。主动防治是改变围岩内部结构,使围岩内部应力重新分布,减弱围岩应力,提高围岩稳定性,目前主要的主动防治方法有以下3种:(1)气压压裂注浆法。通过高压气体压裂围岩,然后进行注浆加固,在专利《深部软岩巷道高压气体多级预裂注浆改造方法》(CN105156134A)中阐述了这种方法,但压裂作业中采用高压气体分级压裂,压裂作业后,裂缝在围岩高应力作用下,会呈闭合趋势,成缝效果不够理想,且对各种围岩环境采用统一的处置方式,没有对围岩主应力方向不同的围岩采用不同的处置方式,缺少针对性,处置成效不高,且多用于浅层处置;(2)水力割裂法。通过高压水力割缝,形成缝槽群,对岩体卸压和减弱应力及应变能传播,在专利《水力割裂防治冲击地压》(CN101915098A)中阐述了这种方法,但在软岩大变形中常含有较多遇水膨胀的成分,而膨胀变形更会加大围岩变形量,因此 ...
【技术保护点】
脉冲气压压裂装置,其特征在于,包括压裂管路,压裂管路从上到下依次包括压裂区管路(2)、注浆区管路(6)和主管路(10);压裂区管路(2)顶端封闭,管壁开孔压裂孔(1);注浆区管路(6)两端分别有突出的圆形钢板(5),所述的圆形钢板(5)直径大于注浆区管路(6)的直径,圆形钢板(5)边缘安装用热缩材料制作的热缩密封圈(4),所述的热缩密封圈(4)一侧有凹槽,另外一侧为平面,热缩密封圈(4)凹槽卡在突出的圆形钢板(5)边缘上并与圆形钢板(5)紧密连接在一起,在注浆区管路(6)下端的圆形钢板(5)上预留(15)的注浆孔(7),接入注浆管(9),注浆管(9)的另一端为注浆输入口(12);压裂区管路(2)与注浆区管路(6)固定连接,注浆区管路(6)与主管路(10)通过第一螺纹口(8)连接,主管路(10)下端通过第二螺纹口(14)有脉冲气压输出设备(15)连接,主管路(10)下端设置一对凸出的边耳(13)。
【技术特征摘要】
1.脉冲气压压裂装置,其特征在于,包括压裂管路,压裂管路从上到下依次包括压裂区管路(2)、注浆区管路(6)和主管路(10);压裂区管路(2)顶端封闭,管壁开孔压裂孔(1);注浆区管路(6)两端分别有突出的圆形钢板(5),所述的圆形钢板(5)直径大于注浆区管路(6)的直径,圆形钢板(5)边缘安装用热缩材料制作的热缩密封圈(4),所述的热缩密封圈(4)一侧有凹槽,另外一侧为平面,热缩密封圈(4)凹槽卡在突出的圆形钢板(5)边缘上并与圆形钢板(5)紧密连接在一起,在注浆区管路(6)下端的圆形钢板(5)上预留(15)的注浆孔(7),接入注浆管(9),注浆管(9)的另一端为注浆输入口(12);压裂区管路(2)与注浆区管路(6)固定连接,注浆区管路(6)与主管路(10)通过第一螺纹口(8)连接,主管路(10)下端通过第二螺纹口(14)有脉冲气压输出设备(15)连接,主管路(10)下端设置一对凸出的边耳(13)。2.根据权利要求1所述的脉冲气压压裂装置,其特征在于,位于注浆区管路(6)上端的热缩密封圈(4)上开通气孔(3)。3.隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)运用地质勘查技术,定位需进行围岩大变形处置的区段,查明该区段的主应力方向,在开挖掌子面到达围岩大变形处置区段的起始点位置时,停止开挖掘进作业,进行初期支护后,开始钻孔作业;(2)第一圈孔的钻孔作业在距掌子面0.5D处开始,D为隧洞直径,沿隧洞径向钻孔,孔径为100mm,钻孔沿隧洞横截面呈闭合圆周形分布,钻孔深度和孔距按以下方式确定:以最大主应力方向为X轴方向,最小主应力方向为Y轴方向,建立如下椭圆:x2(0.5D+4σ1RCD)2+y2(0.5D+4σ3RCD)2=1]]>其中σ1为围岩最大主应力,σ3为围岩最小主应力,RC为围岩饱和单轴抗压强度;每个钻孔孔底位置按照在最大主应力处相邻孔深相差2m递减至最小主应力处相邻孔深相差0m,以椭圆圆周线为孔深基准线布置;钻孔按照从最大主应力处孔间距2m递增至最小主应力处孔间距4m的方式布孔;每个钻孔完成后用气枪清孔,清孔完成后把孔口严密堵塞,防止二次污染;(3)第一圈孔完成后,间隔3~5m,按同样的方法开始后面各圈的钻孔作业,钻孔作业和隧洞掘进作业按间距D交替进行,钻孔区的轴向范围超出围岩大变形处置区段...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈国庆,蒋万增,秦昌安,蒋良文,魏永幸,
申请(专利权)人:成都理工大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
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