CN101256065B

CN101256065B - 强至极强岩爆安全快速处理工艺

Info

Publication number: CN101256065B
Application number: CN2008100442393A
Authority: CN
Inventors: 杨家松; 侯永和; 汪俊杰; 沙宗天; 尹大祥; 崔选峰; 张彩楼; 张焰; 吴建福; 唐剑
Original assignee: China Railway Erju Co Ltd
Current assignee: China Railway No 2 Engineering Group Co Ltd; China Railway Erju 2nd Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: CN101256065A

Abstract

本发明涉及一种强至极强岩爆安全快速处理工艺，当预示有强至极强岩爆发生时，在容易发生岩爆的附近部位作超前释放孔和超前锚杆，然后钻取爆破孔，在掌子面上作应力解除爆破孔，在爆破孔与应力解除爆破孔内装药、网路连接，爆破出碴、找顶，施工人员待避，施工水胀锚杆、钢筋拱肋与网片进行支护，对围岩进行喷射砼封闭作业。采用本发明方法，减少了岩爆再次诱发第二次岩爆或诱发坍塌，降低了岩爆发生时对作业人员、施工机械设备的安全威胁几率，确保了施工安全；较好地控制住了隧道周边成形，减少了不必要的喷护工作量；水胀锚杆不但安装快速，还能起到加固围岩和固定钢筋拱肋的作用，厚层喷砼代替二次衬砌砼，节约了大量施工时间。

Description

强至极强岩爆安全快速处理工艺

技术领域

本发明涉及隧道开挖与支护领域的一种强至极强岩爆安全快速处理工艺。

背景技术

国内外对岩爆的处理措施研究得比较多，遇到的工程实例也不少，但至目前为止仍无较好的手段与措施达到安全快速处理的目的，尤其是发生强至极强岩爆的条件下，如何安全快速处理，确保施工安全和进度研究得并不多。出现这种情况，大都以等待或避让方式处理。

当发生强至极强岩爆，国内传统的方法多采用锚、网、喷并结合型钢拱或钢筋格栅与二次衬砌砼处理。锚杆又多使用普通砂浆锚杆，不但其安装时间较长与不能尽快受力，3m长锚杆要7～10min才能完成，而且作业人员会长时间在不安全的条件下施作锚杆与挂网，同时拱架往往不能紧贴围岩，喷砼也不能很好地将拱架完全封闭，如再采用小块模板施作二次衬砌砼，其工作循环时间较长。传统的岩爆处理方法不能实现安全快速处理，用时较长，在岩爆工程量大的地下工程施工中，通常难以保证工期目标。

发明内容

本发明的目的是：提供一种快速掘进，有利于施工安全的强至极强岩爆安全快速处理工艺。

本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：

一种强至极强岩爆安全快速处理工艺，其特征在于：采用如下处理步骤：步骤1、当预示有强至极强岩爆发生时，在容易发生岩爆的附近部位作超前释放孔或超前锚杆。超前应力释放孔的孔深为爆破循环进尺的2倍，孔径不小于φ48mm、孔间距不宜大于50cm，外斜角度控制在5～15°；超前锚杆钻孔孔径φ40～48mm，锚杆直径φ25～28mm，孔间距40～60cm，外斜角度控制在5～15°，同时其外露端与径向锚杆连接，锚杆长度不短于开挖进尺的2倍并灌浆饱满。

步骤2、钻取爆破孔，钻孔深控制在2m以内，采取光面爆破，使周边成型圆顺；掌子面上作应力解除爆破孔，孔深为循环进尺的2倍，孔排数3～4排，孔排距1.5～2m，爆破孔与轮廓周边距离1～1.5m，靠周边的解除爆破孔外斜角控制在5～10度，应力解除爆破孔的孔底原则上不超出设计轮廓线之外；

步骤3、应力解除爆破孔装药参数：中间孔按孔深的70～80％控制；靠周边的孔控制在50～60％，使用φ32mm的药卷；应力解除爆破先于至少爆破孔75ms起爆。爆破孔与应力解除爆破孔同时装药、同时连线。

步骤4：爆破出碴、找顶，施工人员待避；

步骤5、施工水胀锚杆、钢筋拱肋与网片进行支护，水胀锚杆成梅花型布置，间距是1×1m；

步骤6：对围岩进行喷射砼封闭作业。

所述步骤6喷射砼作业时，所喷射的混凝土包括水泥、砂石混合料、钢纤维、特种外加剂、速凝剂，所述特种外加剂主要化学成份为SiO₂和Al₂O₃的无机中性纳米级沸石，其中水∶水泥∶砂石混合料∶钢纤维重量配合比为8.5～8.6∶16.1～20.0∶69.6～73.5∶1.7～1.8，特种外加剂为水泥重量的5～10％，速凝剂为水泥重量的6～8％，将所述配合比的水泥、砂石混合料、钢纤维、特种外加剂拌和后，用机械喷射台车喷射时在喷嘴处混入速凝剂。

所述混凝土还包括硅灰、减水剂，所述硅灰为水泥重量的0-5％，减水剂为水泥重量的0-0.8％。

所述沸石的粒径为327.7×10^-9m。

采用以上所述的发明方法，在安全的前提下，依据岩爆发生规律，快速地处理岩爆，为循环赢得了时间，减少了岩爆的再次诱发第二次岩爆或诱发坍塌，确保了施工安全，降低了岩爆发生时对作业人员、施工机械设备的安全威胁几率，同时又节约了相关工程的处理费用；较好地控制住了隧道周边成形，减少了不必要的喷护工作量；水胀锚杆不但安装快速，同时既能起到加固围岩的作用，又能起到固定钢筋拱肋的作用；用喷砼代替二次衬砌砼，节约了大量时间。

附图说明

图1是强至极强岩爆施工工艺流程图。

图2钢筋拱肋和水胀式锚杆支护示意图。

图3是图2侧向剖视示意图。

图中标记：1钢筋拱肋，2喷砼，3水胀式锚杆，4系统锚杆，5横向筋，6初喷砼，7复喷砼。

具体实施方式

如图1所示为本发明实施例的施工工艺流程图。

第一步首先采取岩爆的预测方法或使用一般的物探法预报与工程地质分析法分析隧道前方地质情况，当预示有强至极强岩爆发生时，采取以下施工工艺：

第二步，在容易发生岩爆的附近部位作超前释放孔或超前锚杆。超前应力释放孔的孔深为爆破循环进尺的2倍，孔径不小于φ48mm、孔间距不宜大于50cm，外斜角度控制在5～15°；超前锚杆钻孔孔径φ40～48mm，锚杆直径φ25～28mm，孔间距40～60cm，外斜角度控制在5～15°，同时其外露端与径向锚杆连接，锚杆长度不短于开挖进尺的2倍并灌浆饱满。

第三步，钻取爆破孔，钻孔深控制在2m以内，采取光面爆破，使周边成型圆顺；掌子面上作应力解除爆破孔，孔深为循环进尺的2倍，孔排数3～4排，孔排距1.5～2m，爆破孔与轮廓周边距离1～1.5m，靠周边的解除爆破孔外斜角控制在5～10度，应力解除爆破孔的孔底原则上不超出设计轮廓线之外；

第四步，装药与网路连接，应力解除爆破孔装药参数：中间孔按孔深的70～80％控制；靠周边的孔控制在50～60％，使用φ32mm的药卷；应力解除爆破先于至少爆破孔75ms起爆。爆破孔与应力解除爆破孔同时装药、同时连线。

第五步，爆破出碴，找顶，施工人员待避，必要时爆破后也可以洒水；

第六步，施工水胀锚杆、钢筋拱肋与网片进行支护，水胀锚杆布置间距是1×1m、成梅花型布置。水胀锚杆安装使用高压水泵，其压力要求达到15～20MPa，钢筋拱肋事先加工成单元，运到施工现场用电焊连接。钢筋拱肋与水胀锚杆配套使用，3根为一组。钢筋拱肋与超前锚杆的外露端连接。

第七步，喷射砼作业，全部封闭围岩。喷砼作为永久结构，可减少衬砌砼作业工作量。

钢筋拱肋1与锚杆(3，4)、喷砼2形成的联合支护如图2、3所示。水胀式锚杆3只能作为临时加固围岩和固定钢筋拱肋使用，当完成了临时支护处理后，还必须再作系统锚杆4，当遇水胀锚时还应适当错开。钢筋拱肋之间焊接横向筋5。喷砼采用两次喷砼，初喷砼6为10cm，复喷砼7至设计厚度。

采用上述步骤7喷射砼作业时，所喷射的混凝土配合比见下：

特种外加剂为主要化学成份为SiO₂和AL₂O₃的无机中性纳米级沸石，沸石的粒径为327.7×10^-9m，该特种外加剂在机械研磨粉碎的过程中颗粒与冲击板及颗粒间的碰撞能量大部分转化成颗粒的内能和表面能，致使颗粒比表面积和比表面能增大，其力学性能发生明显变化，使其强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能指标成倍提高。在水泥中掺入纳米级外加剂，能够加快水泥诱导期和加速期的水化反应，使汽—液—固三相通过饱和度达到相应的浓度梯度，改善了水泥凝固的三维结构；同时改善水泥混凝土的堆积密度，既减表面水又减间隙水，使胶团产生聚合再聚合的作用。具有良好的胶结性、高减水率、高抗渗性、快凝性等性能，将其掺入到普通混凝土中，达到早强、低回弹率、提高一次喷层厚度、降低粉尘和防渗的目的。使混凝土的各项性能指标都得到很大的提高，为富水区的支护提供了必要的技术保障。纳米特种外加剂掺量占水泥含量的5～10％，尤其是10％时效果最佳；当纳米特种外加剂掺量下降到5％时，可以采取外加5％硅灰，加0.8％高效减水剂提高其综合性能。

速凝剂含量对各喷射混凝土配合比强度有较大影响，普通喷射砼速凝剂偏离最佳掺量的范围，不仅喷射砼终凝时间延长，同时对喷射砼最终强度也有不利影响。随着速凝剂掺量增大到6％以后，对纳米特种外加剂有促凝作用，喷砼可在2分钟内终凝，为确保喷射砼成功，速凝剂掺量也可增加到8％，原则上富水区速凝剂掺量在掺纳米特种外加剂后，小于6％掺量时喷射砼凝结时间长达10分钟以上，基本上为普通喷射砼效果。即速凝剂掺量达到6～8％效果最佳。

喷射砼配合比水灰比范围在0.43～0.53之间(不包括掺合料比值)，加上掺合料水灰比范围在0.39～0.48之间。水∶水泥∶砂石混合料∶钢纤维重量配合比为8.5～8.6∶16.1～20.0∶69.6～73.5∶1.7～1.8，特种外加剂为水泥重量的5～10％，速凝剂为水泥重量的6～8％，硅灰为水泥重量的0-5％，减水剂为水泥重量的0-0.8％，将所述配合比的水泥、砂石混合料、钢纤维、特种外加剂、硅灰、减水剂拌和后，装入机械喷射台车的料斗，用机械喷射台车喷射时在喷嘴处混入速凝剂。

以上试验中采用的喷射砼原材料选择宁远P.O42.5R水泥，自产的砂石混合骨料，巩义市宏超建材有限公司生产的跨越2000砼速凝剂(液体)，成都双流宏达防水卷材厂生产的HD-2型纳米特种外加剂，重庆富祥金属纤维有限公司生产的砼盾切断型钢纤维，北京冶建外加剂生产的JG-2高效减水剂、成都东蓝星生产的硅灰。

以上配比经检测，1)单位容重≥23KN/m³；2)抗压强度≥38MPa；3)抗折强度≥5.8MPa；4)抗拉强度≥2.8MPa；6)弹性模量≥3.0×10⁴MPa；7)抗渗等级≥W18；8)与围岩粘结强度≥2.5MPa；

将配方A2在现场使用，坍落度为18.5cm，7天抗压强度为33.1MPa，28天抗压强度41.2MPa。拱部回弹率9.4％，边墙回弹率6.2％，综合回弹率7.8％，凝结时间1min，喷后10min后可承受铁锤锤击喷射砼，一次喷射厚度为25cm，与围岩粘结强度最大为3.53MP_a最小为2.36MP_a，平均为3.13MP_a。

采用A5配比的混凝土的坍落度为15cm，7天抗压强度为29.1MPa，28天抗压强度37.6MPa。拱部回弹率10.8％，边墙回弹率7.6％，综合回弹率9.2％，凝结时间4min，一次喷射厚度大于32cm。

本发明的强至极强岩爆安全快速处理工艺，采取控制爆破和应力解除法爆破，综合使用水胀式锚杆、钢筋拱肋与挂网及喷射砼联合处理强至极强岩爆，确保了施工安全，降低了岩爆发生时对作业人员、施工机械设备的安全威胁几率，既稳定了施工队伍，又保证了设备的完好率；在安全的前提下，依据岩爆发生规律，快速地处理岩爆，为循环赢得了时间，确保了合同进度目标的实现；减少了岩爆的再次诱发第二次岩爆或诱发坍塌，既确保了施工安全，同时又节约了相关工程的处理费用；较好地控制住了隧道周边成形，减少了不必要的喷护工作量；水胀锚杆不但安装快速，同时既能起到加固围岩的作用，又能起到固定钢筋拱肋的作用；使用本发明配方的喷射砼，提高喷射砼的粘结力、终凝时间及一次喷射厚度，快速完成全部封闭围岩的工作，其终凝时间可在1min完成，粘结力是普通砼的7～8倍以上，一次喷射厚度达到30cm以上，起到二次衬砌的作用，节约了大量时间。

Claims

1.一种强至极强岩爆安全快速处理工艺，其特征在于：采用如下处理步骤：

步骤1、当预示有强至极强岩爆发生时，在容易发生岩爆的附近部位作超前应力释放孔或超前锚杆；超前应力释放孔的孔深为爆破循环进尺的2倍，孔径不小于φ48mm、孔间距小于等于50cm，外斜角度控制在5～15°；超前锚杆钻孔孔径φ40～48mm，锚杆直径φ25～28mm，孔间距40～60cm，外斜角度控制在5～15°，同时其外露端与径向锚杆连接，锚杆长度不短于开挖进尺的2倍并灌浆饱满；

步骤2、钻取爆破孔，钻孔深控制在2m以内，采取光面爆破，使周边成型圆顺；掌子面上作应力解除爆破孔，孔深为循环进尺的2倍，孔排数3～4排，孔排距1.5～2m，爆破孔与轮廓周边距离1～1.5m，靠周边的解除爆破孔外斜角控制在5～10度，应力解除爆破孔的孔底不超出设计轮廓线之外；

步骤3、应力解除爆破孔装药参数：中间孔按孔深的70～80％控制；靠周边的孔控制在50～60％，使用φ32mm的药卷；应力解除爆破先于至少爆破孔75ms起爆；爆破孔与应力解除爆破孔同时装药、同时连线；

步骤4：爆破出碴、找顶，施工人员待避；

步骤6：对围岩进行喷射砼封闭作业。

2.如权利要求1所述的强至极强岩爆安全快速处理工艺，其特征在于，所述步骤6喷射砼作业时，所喷射的混凝土包括水泥、砂石混合料、钢纤维、特种外加剂、速凝剂，所述特种外加剂为主要化学成份为SiO₂和Al₂O₃的无机中性纳米级沸石，其中水∶水泥∶砂石混合料∶钢纤维重量配合比为8.5～8.6∶16.1～20.0∶69.6～73.5∶1.7～1.8，特种外加剂为水泥重量的5～10％，速凝剂为水泥重量的6～8％，将所述配合比的水泥、砂石混合料、钢纤维、特种外加剂拌和后，用机械喷射台车喷射时在喷嘴处混入速凝剂。

3.如权利要求2所述的强至极强岩爆安全快速处理工艺，其特征在于，所述混凝土还包括硅灰、减水剂，所述硅灰为水泥重量的0-5％，减水剂为水泥重量的0-0.8％。

4.如权利要求2或3所述的强至极强岩爆安全快速处理工艺，其特征在于，所述的沸石的粒径为327.7×10^-9m。