CN103075935A - 深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法。本发明的目的是控制岩爆，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。本发明的技术方案是：a、在圆形开挖面上分别布置一组储水导向孔、一组应力解除孔和一个位于圆心处的圆心孔；b、每10分钟用清水清洗一次开挖面，共清洗3次；c、各储水导向孔灌满水后，撤去水压枪的同时，用石膏泥将孔口封堵；d、各应力解除孔和圆心孔内全程装药，总体爆破强度为0.05kg/T；然后同时起爆各应力解除孔和圆心孔，爆破完成后出渣；e、依次重复上述步骤a、b、c、d直到完全通过整个应力集中区。本发明适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程。

Description

深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法

技术领域

本发明涉及一种深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，主要适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程。

背景技术

岩爆是地下工程开挖过程中，岩体中积累的势能或应变能的突然释放导致的围岩破坏，可导致人员伤亡、工作面或设备发生破坏，其基本特性是突然和剧烈。特别是如果碰到较大圆形开挖面（如引水洞或泄洪洞），受其应力分布特征的影响，不但其顶部和侧壁部位容易发生岩爆，甚至其洞室底部都会发生开裂，造成洞室的变形、坍塌，甚至摧毁整个工程。这种岩爆发生时，震动强烈，持续时间长，破坏范围大，成为控制工程施工安全、掘进进度、乃至成败的关键因素。

截至目前，全世界对于圆形地下洞室的岩爆防治工作还处于一个起步阶段，没有形成固定的解除方案，一般都是采用由外而内的钻爆法，循序渐进，严重影响了施工的进度，且圆形隧洞中采用钻爆法的风险较大，行之有效的岩爆控制方法基本处于空白状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决圆形深埋隧洞掘进过程中的各向岩爆问题提供一种深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，通过预先布置于四周的储水导向孔，保证岩石爆破的方向不向四周扩散，引导围岩裂隙的扩展方向，改变四周岩体性状，降低或消除能量积累程度，达到控制岩爆的目的，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。

本发明所采用的技术方案是：深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，其特征在于步骤如下：

a、在圆形开挖面上分别布置一组储水导向孔、一组应力解除孔和一个位于圆心处的圆心孔；各储水导向孔均布于开挖面的圆形边界上，各应力解除孔均布于以圆心孔为圆心的圆周上，并与外围的储水导向孔一一对应布置；其中储水导向孔垂直于开挖面，直径4cm，孔深4m；应力解除孔向各自对应的储水导向孔偏转10度，直径2cm，孔深3.5m；圆心孔垂直于开挖面，直径3cm，孔深4m；

b、每10分钟用清水清洗一次开挖面，共清洗3次；期间向各孔内注水，共注水3次，每次注水1分钟，注水时间间隔为10分钟，水压3-4MPa；

c、各储水导向孔灌满水后，撤去水压枪的同时，用石膏泥将孔口封堵；

d、各应力解除孔和圆心孔内全程装药，总体爆破强度为0.05kg/T；然后同时起爆各应力解除孔和圆心孔，爆破完成后出渣；

e、依次重复上述步骤a、b、c、d直到完全通过整个应力集中区。

各储水导向孔到圆心孔的距离为4m，各应力解除孔孔口到圆心孔孔口的距离为2m。

所述储水导向孔共有八个，其中两个分别位于圆心孔的正上方和正下方。

所述应力解除孔共有八个，且各应力解除孔与对应储水导向孔的连线均指向圆心孔。

本发明的有益效果是：1、本发明在深埋隧洞应力集中区通过钻孔、压水、储水和合理布置爆破孔等一系列有序的工作方法，采用短进尺、多次循环开挖的方式改变岩体性状，消除或降低了岩体中能量积累水平，大大改善了施工安全（包括人员和设备安全）。2、在开挖面边界处均匀布置一组储水导向孔，可以有效保证岩石爆破的方向不向四周扩散，引导围岩裂隙的扩展方向，同时导向孔内的水，在爆破后能够迅速湿润干燥的岩石，从而降低了岩爆发生的机率。3、能够有效保证掘进进度，并在保证质量的前提下，缩短工期。

附图说明

图1是本发明的平面图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实施例是在深埋隧洞应力集中区通过钻孔、压水、储水和合理布置爆破孔等一系列有序的工作方法，以改变四周岩体性状、实现消除或降低能量积累程度的效果，以消除或降低四周岩爆能量的方式达到控制岩爆目的。

具体施工步骤如下：

a、在圆形隧洞（直径为8m）的开挖面上均匀布置十七个钻孔，包括八个储水导向孔1、八个应力解除孔2和一个位于圆心处的圆心孔3，各钻孔的深度以穿过应力集中区为原则。钻孔数目、孔径大小、注水压力和装药量以最大程度弱化岩体、不过分损伤岩体造成支护工作量的增加为原则，同时需要考虑潜在岩爆强度和现场支护有效性。由于应力解除的重点是开挖面的四周，因此本例各储水导向孔1均布于开挖面的圆形边界上，即位于以圆心孔3为圆心，半径为4m的圆周上，且相邻两储水导向孔1之间圆弧所对应的圆心角为45度；各应力解除孔2均布于以圆心孔3为圆心的圆周（直径小于8m）上，且应力解除孔2的孔口到圆心孔3孔口的距离为2m，同时各应力解除孔2与外围的储水导向孔1一一对应布置，即各应力解除孔2与对应储水导向孔1的连线均指向圆心孔3。所述储水导向孔1水平，且垂直于开挖面，直径约为4cm，孔深约4m；应力解除孔2向各自对应的储水导向孔1偏转10度（即应力解除孔向四周发散，并指向各自对应的储水导向孔，与洞轴线形成10度的夹角），直径约为2cm，孔深约 3.5m；圆心孔3水平，且垂直于开挖面，直径约为3cm，孔深约4m。

本例中，八个储水导向孔1中有两个分别位于圆心孔3的正上方和正下方；同样，八个应力解除孔2中也有两个分别位于圆心孔3的正上方和正下方。

b、钻孔完成后，首先用清水清洗开挖面，每10分钟清洗一次，共清洗3次；期间向所有钻孔中使用一定压力的清水进行高压注水，共注水3次，每次注水1分钟，注水时间间隔约10分钟，水压控制在3-4Mpa左右，目的使得干燥的岩石和结构面变湿润，利用热胀冷缩原理，减小岩爆的发生的概率。

c、各储水导向孔1灌满水后，撤去水压枪的同时，用石膏泥将孔口封堵。

d、在八个应力解除孔2和一个圆心孔3内全程装药，总体爆破强度按0.05kg/T考虑，该数字代表了爆破装药量与解除范围内岩体重量之比，设计时可先不考虑炸药类型的影响；然后同时起爆八个应力解除孔2和圆心孔3，爆破完成后出渣。

e、依次重复上述步骤a、b、c、d直到完全通过整个应力集中区。 

Claims (4)

1.一种深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，其特征在于步骤如下：

a、在圆形开挖面上分别布置一组储水导向孔（1）、一组应力解除孔（2）和一个位于圆心处的圆心孔（3）；各储水导向孔（1）均布于开挖面的圆形边界上，各应力解除孔（2）均布于以圆心孔（3）为圆心的圆周上，并与外围的储水导向孔（1）一一对应布置；其中储水导向孔（1）垂直于开挖面，直径4cm，孔深4m；应力解除孔（2）向各自对应的储水导向孔（1）偏转10度，直径2cm，孔深3.5m；圆心孔（3）垂直于开挖面，直径3cm，孔深4m；

b、每10分钟用清水清洗一次开挖面，共清洗3次；期间向各孔内注水，共注水3次，每次注水1分钟，注水时间间隔为10分钟，水压3-4MPa；

c、各储水导向孔（1）灌满水后，撤去水压枪的同时，用石膏泥将孔口封堵；

d、各应力解除孔（2）和圆心孔（3）内全程装药，总体爆破强度为0.05kg/T；然后同时起爆各应力解除孔（2）和圆心孔（3），爆破完成后出渣；

e、依次重复上述步骤a、b、c、d直到完全通过整个应力集中区。

2.根据权利要求1所述的深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，其特征在于：各储水导向孔（1）到圆心孔（3）的距离为4m，各应力解除孔（2）孔口到圆心孔（3）孔口的距离为2m。

3.根据权利要求1或2所述的深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，其特征在于：所述储水导向孔（1）共有八个，其中两个分别位于圆心孔（3）的正上方和正下方。

4.根据权利要求3所述的深埋圆形隧洞岩爆应力解除储水导向孔型爆破法，其特征在于：所述应力解除孔（2）共有八个，且各应力解除孔（2）与对应储水导向孔（1）的连线均指向圆心孔（3）。

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