一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法技术

本发明专利技术涉及了一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法。本发明专利技术首先在掌子面自上而下并联布置大直径卸压钻孔，在掌子面中部卸压孔内通入高水进行水压致裂，采用多段水平区间分段压裂，实现对围岩的分段扰动使每段围岩产生较宽较深裂隙；然后在两侧卸压孔中采用爆破装置进行二次致裂，实现对围岩的多次扰动，多次弱化围岩完整程度，使围岩裂隙更加细密均匀，增加围岩的松散程度，同时将爆破产生的裂隙与水力致裂的裂隙贯通，在掌子面前方形成网络裂隙。本发明专利技术采用水力压裂和水压耦合爆破相结合，围岩卸压区域大，具有工艺简单、工程量小、卸压效果好、安全性高等优点。安全性高等优点。安全性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法


[0001]本专利技术涉及地下工程
，尤其涉及一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法。

技术介绍

[0002]岩爆为深部岩石工程典型的动力灾害。岩爆是指处于高应力状态下的坚硬脆性岩石，由于受外界扰动作用导致围岩弹性应变能的突然释放而产生的岩石破裂、弹射等现象。岩爆是一种突发性地质灾害，不仅严重威胁施工人员及设备的安全、影响施工进度，而且还会造成超挖、初期支护失效。
[0003]相比于TBM施工方法，岩爆对钻爆施工隧洞的危害更大。目前针对轻微及中等岩爆，主要采用掌子面淋水；针对强岩爆及极强岩爆通常采用超前钻孔卸压，其具体做法该方法是在预计可能发生岩爆的洞段内，通过钻机进行垂直于掌子面的钻孔，促使围岩裂隙快速发育，应力迅速降低，使围岩集中应力区向围岩深处转移。在距离掌子面一定距离的围岩内部施工大直径的钻孔后，每一个钻孔周围将产生一定范围的破碎区，当多个钻孔形成的破碎区相互叠加时，将在卸压部位形成一条连续式的卸压带，降低卸压位置围岩的承载能力释放应变能，使应力峰值向围岩深部转移。然而，钻孔卸压采用浅孔卸压，存在孔径和孔深较小、施工循环多、卸压范围较小等问题。为了更有效的使围岩破碎，通常在卸压孔内进行局部爆破，造成掌子面内相当深度的地方成为一个破碎带，以减轻掌子面上的压力，从而使岩爆的烈度和影响范围得以降低。然而，传统的应力解除爆破法主要依靠炮孔中炸药爆破在围岩中产生的应力波以及爆破气体膨胀共同作用破碎炮孔围岩，破碎区多集中于爆破点，无法形成较为发育的裂隙。
专利技术内容
[0004]针对上述问题，现提供一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法，以进一步地提高钻爆隧洞超前卸压孔的卸载效应，达到防治深埋地下洞室开挖过程中岩爆的目的。
[0005]1)本专利技术提供的硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法中采用封孔装置在水力致裂孔内制造多段封闭内腔，再在封闭的钻孔内进行水压致裂，使岩体内产生较大较深的裂隙，同时采用陶粒或石英石等支撑剂维持水力压裂裂缝保持一定开度，使水更加充分的渗透入岩体，起到进一步软化岩体的作用；然后在水环境中采用爆破装置采用多段爆破区间分段微差爆破，以利用水不可压缩性传递爆破能量、能量利用率高、作用力均匀、不会对钻孔周围岩体进行破碎而堵塞裂隙的有点实现对岩体的多次扰动，以多次弱化围岩完整程度，而水中加入的陶粒或石英砂同样可以增加爆破威力，使得岩体裂隙更长、更深，与水力压裂裂缝更容易连通，形成网络裂隙，并且可以使得爆破后的裂隙保持一定开度，使得水流更加充分的渗入岩体，进一步弱化岩体；本专利技术采用水力压裂和水压耦合爆破相结合，围岩卸压区域大，具有工艺简单、工程量小、卸压效果好、安全性高等优点；
[0006]2)本专利技术中在每次开挖完成后在掌子面拱顶布设锚杆，防止开挖后掌子面有较大
岩块掉落，确保施工安全。
附图说明
[0007]图1为本专利技术中爆破卸压孔孔爆破后围岩剖面示意图；
[0008]图2为本专利技术中水力压裂卸压孔压裂后围岩剖面示意图；
[0009]图3为本专利技术中掌子面钻孔布设图；
[0010]图4为本专利技术中掘进炮孔、爆破卸压孔及水力压裂卸压孔分布图(隧道轴向)；
[0011]图5为本专利技术中爆破卸压孔剖面图；
[0012]图6为本专利技术中掘进炮孔及超前锚杆分布图(隧道轴向)。
[0013]附图中：1、掌子面；2、水力压裂卸压孔；3、爆破卸压孔；4、封孔装置；5、清水；6、爆破装置；7、锚杆孔；8、正常掘进爆破孔；9、高压导流管；10、高压水泵站；11、石英砂；12、电雷管脚线；13、起爆装置。
具体实施方式
[0014]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0017]本专利技术的实施例中提供了一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法，其包括如下步骤：
[0018]步骤S1，根据围岩地质条件及地应力反演计算，结合工程统计数据和岩爆判别公式，预测岩爆可能发生断面位置、岩爆等级及岩爆规模，选定需要超前钻孔卸压区域；
[0019]步骤S2，在待超前卸压围岩区域的垂直掌子面1位置钻设水力压裂卸压孔2，再于水力压裂卸压孔2两侧钻设爆破卸压孔3；
[0020]步骤S3，在水力压裂卸压孔2中分段放入封孔装置4，并封堵水力压裂卸压孔2；
[0021]步骤S4，在爆破卸压孔3中分段放入封孔装置4，并在每段区间内充入清水5，封堵爆破卸压孔3；
[0022]步骤S5，向水力致裂孔中通入高压致裂水，直至围岩产生明显裂纹；
[0023]步骤S6，引爆爆破卸压孔3中的爆破装置6，实现对围岩的二次致裂；
[0024]步骤S7，在掌子面1拱顶位置布置锚杆孔7，防止正常掘进后拱顶有较大岩块掉落；在掌子面1正常布设爆破孔8，安装钻爆法施工要求正常掘进，每次完成一个循环进尺的掘进，需在掌子面1拱顶位置布置锚杆孔7，直至将超前卸压段掘进完成，然后重复步骤S1～S6。
[0025]具体的，步骤S2中根据待开挖隧洞横断面的大小和已发生岩爆的等级使用钻孔台车在待开挖隧洞的垂直掌子面1上布置卸压孔2(水平间距为3m(洞径为7.5m))，卸压孔的钻孔深度为20m，卸压孔直径为150mm，且爆破卸压孔3与掌子面1轴线方向呈15
°
。
[0026]具体的，步骤S3中分段区间为一个正常钻爆循环进尺(3m)，每一分段区间通过高压导流管9连接，最终与掌子面1的高压水泵站10连接。
[0027]具体的，步骤S4中爆破卸压孔3与水力压裂卸压孔2的分段区间平行，且每个分段区间设置有爆破装置6，放入爆破装置后，用封孔装置封闭4，封孔装置上连接有高压导流管9，每封闭一个区段，通过高压导流管9注入清水5，并在清水中加入石英砂或陶粒11，之后利用电雷管脚线12将爆破装置与卸压孔外的起爆装置13连接，最后将爆破卸压孔3封堵，使爆破卸压孔3内部成为密闭腔体。
[0028]具体的，步骤S4中爆破卸压孔3与掌子面1轴线方向呈8～15
°
。
[0029]具体的，步骤S5中在水力压裂过程时当裂纹起裂后需向水中加入支撑剂(石英砂)10，以防止水力压裂裂缝在压裂结束后闭合，同时能让清水5更好的向周围岩体渗透、软化岩体。
[0030]具体的，步骤S6中爆破卸压孔3内装药量为相同条件下松动爆破装药量的40％，从爆破卸压孔孔3底端开始装药，装药段长度不超过爆破卸压孔3深度的1/3，爆破卸压孔3爆破时采用数码电子雷管，为电子控制模块的精确起爆，起爆顺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法，其特征在于，包括：步骤S1，根据围岩地质条件及地应力反演计算，结合工程统计数据和岩爆判别公式，预测岩爆可能发生断面位置、岩爆等级及岩爆规模，选定需要超前钻孔卸压区域；步骤S2，在待超前卸压围岩区域的垂直掌子面位置钻设水力压裂卸压孔，再于水力压裂卸压孔两侧钻设爆破卸压孔；步骤S3，在水力压裂卸压孔中分段放入密封装置，并封堵水力压裂卸压孔；步骤S4，在爆破卸压孔中分段放入密封装置，并在每段区间内充入清水，封堵爆破卸压孔；步骤S5，向水力压裂卸压孔中通入高压致裂水，直至围岩产生明显裂纹；步骤S6，引爆爆破卸压孔中的爆破装置，实现对围岩的二次致裂；步骤S7，在掌子面拱顶位置布置锚杆孔，防止正常掘进后拱顶有较大岩块掉落；在掌子面正常布设爆破孔，安装钻爆法施工要求正常掘进，每次完成一个循环进尺的掘进，需在掌子面拱顶位置布置锚杆孔，直至将超前卸压段掘进完成，然后重复步骤S1～S6。2.根据权利要求1所述的硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法，其特征在于，步骤S2中根据待开挖隧洞横断面的大小和已发生岩爆的等级使用钻孔台车在待开挖隧洞的垂直掌子面上布置卸压孔，卸压孔的钻孔深度是单循环进尺的4倍以上，卸压孔直径大于100mm，且爆破卸压孔与掌子面轴线方向呈8～15
°
。3.根据权利要求1所述的硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方法，其特征在于，步骤S3中分段区间为一个正常钻爆循环进尺，每一分段区间通过高压导流管连接，最终与掌子面的高压水泵站连接。4.根据权利要求1所述的硬岩地层钻爆隧洞岩爆卸压防治方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旗，张晓平，刘泉声，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：