CN112797860A - 一种高地温隧道岩爆防治的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高地温隧道岩爆防治的施工方法，步骤：S1预测岩爆可能发生断面位置、岩爆等级及岩爆规模；S2钻设超前应力解除炮孔；S3钻设光面爆破孔；S4在隧道爆破开挖及锚喷支护的循环作业完成后，在隧道边墙打设侧壁高压注水孔；S5对超前应力解除炮孔、高压注水孔以及爆破孔中的周边眼进行封闭高压注水；S6注水完成后，先后对超前应力解除炮孔以及光面爆破炮眼进行爆破；S7开挖爆破后喷洒高压水软化表面；S8、对隧道进行短进尺循环开挖。通过打设超前应力解除孔和超前应力解除爆破，对高地应力岩体的高地应力进行一定程度的释放，起到了卸压消能的作用，在掌子面和边墙注水，软化掌子面岩体，消耗岩体中聚集的能量，起到了降低高地温的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道施工方法，特别是高地温环境下隧道的深部岩石工程施工方法。
背景技术
随着社会经济的发展，铁路建设标准的不断提高，越来越多的铁路必须穿越崇山峻岭，深部岩石工程越来越多，埋深越来越大。随着埋深的增加，岩体赋存的地质环境更加复杂。岩爆是在硬脆性岩体内，当岩体积聚的弹性应变能大于岩石破坏消耗的能量时，岩体结构平衡被打破，多余的能量使岩石发生爆裂和弹射，岩块从岩体中剥离、崩出的现象。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。
同时各类坚硬、致密岩石，由于热导率较低，传热性能差，在岩体中易于聚集热能，因此随着隧道工程埋深的增加，地温一般也逐渐增加。如我国高黎贡山铁路隧道，地温最高达到了60℃；新疆喀什不仑口公格尔水电站引水隧洞岩石平均温度在90℃以上，最高温度达到143℃。高地温对隧道工程的不利影响主要表现为：影响施工作业环境，威胁作业人员安全；产生附加温度应力，不利于结构的安全性和耐久性；降低设备工作效率等。
另外还有研究表明，高地温还会对岩爆产生影响：高地温会加速岩爆的发生、提高岩爆等级。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的旨在提供一种针对高地温隧道岩爆防治的施工方法，减小岩爆发生概率及降低岩爆等级。
一种高地温隧道岩爆防治的施工方法，包括以下步骤：
S1、根据地质测量数据及地应力反演计算，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；
S2、钻设超前应力解除炮孔，要求炮孔在掌子面较均匀分布置，钻孔深度是单循环进尺的2倍；
S3、钻设光面爆破孔，光面爆破孔在掌子面均匀分布，光面爆破孔从内到外依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼，钻孔深度是单循环进尺；
S4、在隧道爆破开挖及锚喷支护的循环作业完成后，在隧道边墙打设侧壁高压注水孔，钻孔深度为0.3D～0.5D，D为隧道洞径，一般布置间距为孔深的0.16～0.18倍；
S5、对超前应力解除炮孔、高压注水孔以及爆破孔中的周边眼进行封闭高压注水，并监测水压使水压稳定；
S6、注水完成后，先后对超前应力解除炮孔以及光面爆破炮眼进行爆破，炸药设计采用水袋包裹炸药的设计；
S7、开挖爆破后喷洒高压水软化表面，促使岩层原始应力的释放调整并软化围岩，降低因爆破引起的空气中粉尘的含量，同时进一步降低炮碴温度；
S8、对隧道进行短进尺循环开挖，开挖进尺控制在2m以内，必要时导坑法或者台阶法进行开挖。
优选的，步骤S2所述的炮孔与水平线呈5～10°夹角。
优选的，步骤S4所述的高压注水孔，所述钻孔深度在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
优选的，步骤S4所述的高压注水孔，所述布置间距在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
进一步的，步骤S6所述的超前应力解除炮孔进行爆破，在炮孔的里段装药，装药长度为炮孔深度的1/3。
进一步的，步骤S6所述的光面爆破炮眼爆破，装药长度为炮眼深度。
进一步的，步骤S6所述的超前应力解除炮孔和光面爆破炮眼装炸药进行的爆破，炸药周边设置有水袋。
本发明通过打设超前应力解除孔和超前应力解除爆破，对高地应力岩体的高地应力进行一定程度的释放，起到了卸压消能的作用；超前应力解除孔同时作为注水孔，在掌子面注水一方面软化掌子面岩体，水压致裂也可以消耗一部分岩体中聚集的能量，起到对即时型岩爆的超前防控，并且在一定程度上降低地温；在边墙打设高压注水孔，在边墙注水，主要起到降低高地温的作用，极大改善施工人员作业环境，同时软化了边墙围岩，对时滞型岩爆起到一定的防控作用。
附图说明
图1为本发明掌子面爆破孔以及超前应力解除爆破爆破孔分布示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本发明隧道侧壁高压注水孔布置图；
图4为本发明各炮孔的装药结构图；
图中：1-超前应力解除炮孔；2-光面爆破孔；3-光面爆破孔装药段；4-超前应力解除孔装药段；5-侧壁高压注水孔；6-导爆管；7-堵塞；8-炸药；9-水袋；10-毫秒雷管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图1—4对本发明进行进一步详细说明。
本发明一种高地温隧道岩爆防治的施工方法，包括以下步骤：
S1、根据地质测量数据及地应力反演计算，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；
S2、钻设超前应力解除炮孔1，要求炮孔在掌子面较均匀分布置，如图1中虚线连接的超前应力解除炮孔1，钻孔深度是单循环进尺的2倍，如图2所示；
S3、钻设光面爆破孔2，光面爆破孔2在掌子面均匀分布，如图1所示，光面爆破孔2在隧道横断面从内到外依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼，周边眼分布如隧道断面轮廓，钻孔深度是单循环进尺；
S4、在隧道爆破开挖及锚喷支护的循环作业完成后，在隧道边墙打设侧壁高压注水孔5，如图3所示，钻孔深度以0.3D～0.5D，D为隧道洞径，一般布置间距为孔深的0.16～0.18倍；
S5、对超前应力解除炮孔1、高压注水孔以及爆破孔中的周边眼进行封闭高压注水，并监测水压使水压稳定；
S6、注水完成后，先后对超前应力解除炮孔以及光面爆破炮眼进行爆破，炸药设计采用水袋包裹炸药的设计；
S7、开挖爆破后喷洒高压水软化表面，促使岩层原始应力的释放调整并软化围岩，降低因爆破引起的空气中粉尘的含量，同时进一步降低炮碴温度；
S8、对隧道进行短进尺循环开挖，开挖进尺控制在2m以内，必要时导坑法或者台阶法进行开挖。
优选的，步骤S2所述的炮孔与水平线呈5～10°夹角。
优选的，步骤S4所述的高压注水孔5，所述钻孔深度在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
优选的，步骤S4所述的高压注水孔，所述布置间距在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
进一步的，步骤S6所述的超前应力解除炮孔进行爆破，在炮孔的里段装药，超前应力解除孔装药段4的长度为炮孔深度的1/3。
进一步的，步骤S6所述的光面爆破炮眼爆破，光面爆破孔装药段3的长度为炮眼深度。
进一步的，步骤S6所述的超前应力解除炮孔和光面爆破炮眼装炸药进行的爆破，如图4所示，炸药8周边设置有水袋9，毫秒雷管10设置在炸药里端，炸药外端设置有堵塞7和导爆管6。
“水袋炸药”采用水袋包裹炸药的方式布设炸药，利用水作为爆破介质，一方面考虑振动响应，减小对爆破对围岩的扰动，另一方面，爆破使岩体裂隙中充满水，对岩体有一定软化作用，另外，水的汽化吸收了部分爆炸产生的热能，改善了环境温度；爆破开挖后喷洒高压水促使岩层原始应力的释放调整并软化围岩，降低因爆破引起的空气中粉尘的含量，同时进一步降低炮碴温度。
本发明除了布置有多组掏槽眼、辅助眼和周边眼等光面爆破眼外，还设置了孔深更大的超前应力解除爆破孔，为了应对可能出现的时滞型岩爆，提高施工的安全系数，本方法在掌子面后方布置了一组边墙高压注水孔，“水袋炸药”的装药方式，在爆破孔中加入水袋，将炸药和雷管包裹起来，用水代替空气作为爆破介质，更进一步减弱了高地温和高地应力所带来的不利因素，进一步对岩爆起到防治作用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据地质测量数据及地应力反演计算，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；
S2、钻设超前应力解除炮孔，要求炮孔在掌子面较均匀分布置，钻孔深度是单循环进尺的2倍；
S3、钻设光面爆破孔，光面爆破孔在掌子面均匀分布，光面爆破孔从内到外依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼，钻孔深度是单循环进尺；
S4、在隧道爆破开挖及锚喷支护的循环作业完成后，在隧道边墙打设侧壁高压注水孔，钻孔深度为0.3D～0.5D，D为隧道洞径，一般布置间距为孔深的0.16～0.18倍；
S5、对超前应力解除炮孔、高压注水孔以及爆破孔中的周边眼进行封闭高压注水，并监测水压使水压稳定；
S6、注水完成后，先后对超前应力解除炮孔以及光面爆破炮眼进行爆破，炸药设计采用水袋包裹炸药的设计；
S7、开挖爆破后喷洒高压水软化表面，促使岩层原始应力的释放调整并软化围岩，降低因爆破引起的空气中粉尘的含量，同时进一步降低炮碴温度；
S8、对隧道进行短进尺循环开挖，开挖进尺控制在2m以内，必要时导坑法或者台阶法进行开挖。
2.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S2所述的炮孔与水平线呈5～10°夹角。
3.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S4所述的高压注水孔，所述钻孔深度在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
4.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S4所述的高压注水孔，所述布置间距在主应力方向取小值，在次应力方向取大值。
5.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S6所述的超前应力解除炮孔进行爆破，在炮孔的里段装药，装药长度为炮孔深度的1/3。
6.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S6所述的光面爆破炮眼爆破，装药长度为炮眼深度。
7.根据权利要求1所述的高地温隧道岩爆防治的施工方法，其特征在于：步骤S6所述的超前应力解除炮孔和光面爆破炮眼装炸药进行的爆破，炸药周边设置有水袋。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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