CN111779488A - 隧道开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道开挖方法。该隧道开挖方法包括：检测掌子面处的岩体强度；监测掌子面前方的地应力量值和方向，以预判岩爆的发生条件和发生部位；在掌子面上进行钻孔以形成预钻孔，并且预钻孔位于掌子面的开挖轮廓线处；向预钻孔中填装炸药，并对预钻孔进行局部爆破，以使预钻孔周围形成多条延伸到开挖轮廓线外的裂隙；对预钻孔进行注水，并且根据掌子面处的围岩强度调整注水的压力，以使水进入到裂隙中并使裂隙扩大；向前开挖一段隧道。本发明的目的在于降低发生岩爆的风险和降低岩爆的烈度。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道开挖方法。
背景技术
岩爆是地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象。当岩体中聚集的高弹射性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中崩出。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡。因此在必须对岩爆的烈度进行降低甚至将岩爆消除，以避免岩爆对施工造成的负面影响。
发明内容
本发明提供了一种隧道开挖方法，本发明的目的在于降低发生岩爆的风险和降低岩爆的烈度。
本发明提供了一种隧道开挖方法，其包括：检测掌子面处的岩体强度；监测掌子面前方的地应力量值和方向，以预判岩爆的发生条件和发生部位；在掌子面上进行钻孔以形成预钻孔，并且预钻孔位于掌子面的开挖轮廓线处；向预钻孔中填装炸药，并对预钻孔进行局部爆破，以使预钻孔周围形成多条延伸到开挖轮廓线外的裂隙；对预钻孔进行注水，并且根据掌子面处的围岩强度调整注水的压力，以使水进入到裂隙中并使裂隙扩大；向前开挖一段隧道。
可选的，预钻孔的数量为多个，且多个预钻孔沿掌子面的开挖轮廓线处分布。
可选的，预钻孔的深度大于2m。
可选的，预钻孔的直径大于40mm。
可选的，在向前开挖一段隧道的步骤中，所采用的方式为光面爆破或者全断面开挖。
可选的，当向前开挖一段隧道的步骤完成后，将钢丝网铺设在隧道表面。
可选的，钢丝网通过多个锚杆固定在在隧道表面。
可选的，钢丝网铺设完成后，在隧道表面进行锚喷支护和建造衬砌。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
预钻孔设置在掌子面的开挖轮廓线处，可以使局部爆破形成的多条裂隙向开挖轮廓线外的岩体延伸。这些裂隙会使掌子面周围的围岩松动，提前释放应力，从而降低发生岩爆的风险和减小应力爆发强度，并且还降低了岩体刚性。对预钻孔进行高压注水，高压水会进入到这些裂隙中，一方面可以浸润岩体，使岩体软化；另一方面还可以使缝隙进一步延伸，使得岩体的应力进一步释放，从而可以进一步降低发生岩爆的风险和降低岩爆的烈度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施方式中隧道开挖方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明提供了一种隧道开挖方法，其包括：(1)检测掌子面处的岩体强度；(2)监测掌子面前方的地应力量值和方向，以预判岩爆的发生条件和发生部位；(3)在掌子面上进行钻孔以形成预钻孔，并且预钻孔位于掌子面的开挖轮廓线处；(4)向预钻孔中填装炸药，并对预钻孔进行局部爆破，以使预钻孔周围形成多条延伸到开挖轮廓线外的裂隙；(5)对预钻孔进行注水，并且根据掌子面处的围岩强度调整注水的压力，以使水进入到裂隙中并使裂隙扩大；(6)向前开挖一段隧道。
在本实施例中，提前预判岩爆的发生条件和发生部位，可以更加准确的设置预钻孔的位置，使得对围岩应力释放的效果更佳。当然，正如本领域技术人员所熟知的，可以通过专用设备或者人工监测地应力量值和方向。
在本实施例中，预钻孔设置在掌子面的开挖轮廓线处，可以使局部爆破形成的多条裂隙向开挖轮廓线外的岩体延伸。这些裂隙会使掌子面周围的岩体松动，提前释放应力，从而降低发生岩爆的风险和减小应力爆发强度，并且还降低了岩体刚性。对预钻孔进行高压注水，高压水会进入到这些裂隙中，一方面可以浸润岩体，使岩体软化；另一方面还可以使缝隙进一步扩大并延伸，使得岩体的应力进一步释放，从而可以进一步降低发生岩爆的风险和降低岩爆发生的烈度。
在本实施例中，可以根据岩体的强度，调节注水压力，从而使缝隙进一步扩大并延伸。
在本发明的一些实施例中，预钻孔的数量为多个，且多个预钻孔沿掌子面的开挖轮廓线处分布。在本实施例中，设置多个预钻孔，可以对围岩的应力进行充分的释放。另外不同的预钻孔所形成的裂隙，他们之间还可能彼此相连，从而扩大裂隙的范围，使得围岩的应力充分释放。而且有些裂隙与其他间隙之间的间距较小，但是在高压水的作用下会继续延伸并与其他的间隙相连，从而扩大间隙的范围，进一步释放围岩的应力和软化岩体。
在本发明的一些实施例中，预钻孔的深度大于2m，并且预钻孔的直径大于40mm。
在本实施例中，较长的预钻孔有助于形成密集的裂隙，从而充分释放围岩的应力。
在本实施例中，由于预钻孔位于掌子面的开挖轮廓线处，所以相同的间距下，预钻孔的直径越大，预钻孔的数量越少。因此较大的直径可以减少预钻孔的数量，提高施工效率直径较大的预钻孔还可以填装更多的炸药，局部爆破的效果会更好，所以可以形成更多的裂隙释放应力。而且直径较大的预钻孔具有更大的表面积，所以其表面可以产生更多的裂隙，既可以释放围岩的应力，也可以使掌子面处的岩体破裂。
在本发明的一些实施例中，在向前开挖一段隧道的步骤中，所采用的方式为光面爆破或者全断面开挖。在本实施例中，光面爆破或者全断面开挖的方式可以提高隧道轮廓的质量，并且掘进速度快，成本较低。
在本发明的一些实施例中，当向前开挖一段隧道的步骤完成后，将钢丝网铺设在隧道表面。并且钢丝网优选通过多个锚杆固定在在隧道表面。在本实施例中，钢丝网可以防止岩爆产生的飞石对施工人员造成损伤。而且锚杆可以将钢丝网牢牢固定在隧道壁上，降低了安全风险。
在本发明的一些实施例中，钢丝网铺设完成后，在隧道表面进行锚喷支护和建造衬砌。在本实施例中，初支可以直接设置在钢丝网上，即钢丝网无需拆下，使得初支的强度得到加强。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种隧道开挖方法，其特征在于，包括：
检测掌子面处的岩体强度；
监测所述掌子面前方的地应力量值和方向，以预判岩爆的发生条件和发生部位；
在掌子面上进行钻孔以形成预钻孔，并且所述预钻孔位于掌子面的开挖轮廓线处；
向所述预钻孔中填装炸药，并对所述预钻孔进行局部爆破，以使所述预钻孔周围形成多条延伸到开挖轮廓线外的裂隙；
对所述预钻孔进行注水，并且根据掌子面处的围岩强度调整注水的压力，以使水进入到所述裂隙中并使所述裂隙扩大；
向前开挖一段隧道。
2.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述预钻孔的数量为多个，且多个所述预钻孔沿所述掌子面的开挖轮廓线处分布。
3.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述预钻孔的深度大于2m。
4.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述预钻孔的直径大于40mm。
5.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，在向前开挖一段隧道的步骤中，所采用的方式为光面爆破或者全断面开挖。
6.根据权利要求1所述的隧道开挖方法，其特征在于，当向前开挖一段隧道的步骤完成后，将钢丝网铺设在隧道表面。
7.根据权利要求7所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述钢丝网通过多个锚杆固定在所述在隧道表面。
8.根据权利要求7所述的隧道开挖方法，其特征在于，所述钢丝网铺设完成后，在隧道表面进行锚喷支护和建造衬砌。
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