CN114440721B - 隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，包括①确定加固区域：根据已开挖揭露的围岩构造节理特性,分析已开挖洞段围岩条件，选择需要加固的区域②钻孔：施作爆破周边孔，并在处于加固区域的爆破周边孔的一侧或两侧施作爆浆孔③安装爆浆料：向爆浆孔中放置裹浆袋，然后向裹浆袋中填充钢纤维混凝土，之后扎口、封填爆浆孔④安装炸药：向爆破周边孔内装入反向炸药，封填爆破周边孔⑤起爆喷浆：爆炸冲击波对围岩造成破坏的同时，使裹浆袋内的钢纤维混凝土喷射嵌入围岩的节理裂隙并覆盖围岩表层形成加固结构。本发明适于隧洞开挖早期、围岩变化初始段，通过爆破冲击波输送粘接钢纤维混凝土，实现爆破同时对围岩节理发育区内部的及时加固。
Description
技术领域
本发明涉及隧洞穿越Ⅱ类、Ⅲ类硬岩的钻爆法加固技术领域，尤其是涉及一种隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法。
背景技术
隧洞工程技术在水利、交通、电力等行业广为应用，主要施工方法包括钻破法、钻爆法、TBM机械掘进法等，其中钻爆法因实用性强，应用较普遍。
隧洞围岩在钻爆过程中，因其边界空间结构改变、爆破作用力和内部岩体形变作用产生变化，会引起范围不同的岩体破坏。破坏的形式有脆性断裂式、滑塌式、弯折式和蠕变等几种。硬岩的破坏多属脆性断裂式，主要表现形式有掉块、片邦、开裂（见图1）。硬岩破坏时间往往集中在钻爆后清渣及初期支护时期，且有发生快、不易量测的特点，因此，砸伤施工人员时有发生，对施工安全防控极为不利，且影响施工进度。为了改善这种状况，通常会对隧洞围岩进行超前加固处理。例如，针对
类、/>
类围岩，会采用打锚杆、小导管注浆、管棚等超前加固法，取得了良好的效果。但是，对于Ⅱ类、Ⅲ类硬质围岩，一般不采取超前加固处理，且采取打锚杆或注浆法受节理裂隙分布不规则的影响，可控制面小，工程应用效果不理想。
钻爆法施工中，对硬质围岩节理发肓区超前加固技术，一直在探索中。如爆破前的辟裂灌浆法、冻结凝固法等。
对于借用爆破能量，在爆破同时，利用爆破动力和节理开张时机，对硬岩实施超前加固的技术措施，在国内未见有文献记述。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，具体可采取如下技术方案：
本发明所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，包括如下步骤：
S1，确定加固区域：根据已开挖揭露的围岩构造节理特性,分析已开挖洞段围岩条件，选择需要加固的区域；
S2，钻孔：施作爆破周边孔，然后在处于加固区域的爆破周边孔的一侧或两侧施作爆浆孔，所述爆破周边孔和爆浆孔均沿开挖轮廓线设置，且同组爆破周边孔和爆浆孔边缘重叠相互贯通；
S3，安装爆浆料：向爆浆孔中放置裹浆袋，然后向裹浆袋中填充钢纤维混凝土，之后扎口、封填爆浆孔；
S4，安装炸药：向爆破周边孔内装入反向炸药，封填爆破周边孔；
S5，起爆喷浆：爆破周边孔内的反向炸药爆炸，爆炸冲击波对围岩造成破坏的同时，使裹浆袋内的钢纤维混凝土喷射嵌入围岩的节理裂隙并覆盖围岩表层形成加固结构。
所述爆浆孔和爆破周边孔等孔深设置，且两者的圆心均位于开挖轮廓线上。
所述爆浆孔的孔径不小于爆破周边孔的孔径，且两者的公共弦长度≤20mm。
所述爆浆孔的孔径
，其中，B为相邻爆破周边孔的间距，δ为爆浆料的覆盖厚度设计值。
所述爆浆孔的孔径为50-100mm。
所述裹浆袋为与爆浆孔相适配的防水尼龙袋，且裹浆袋采用热焊接法扎口。
所述钢纤维混凝土为强度CF50级混凝土，现场配制时，速凝剂的掺入量为水泥重量的0.7-1.6%，钢纤维的掺入量为25-45kg/m3；后期使用时，钢纤维混凝土在隧洞出渣期间的强度不低于30%。
所述钢纤维混凝土通过混凝土泵向裹浆袋中填充。
所述爆浆孔采用水炮泥封填，且封填长度至少为0.3m。
本发明提供的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，适于隧洞开挖早期、围岩变化初始段的超前加固，通过爆破冲击波输送粘接钢纤维混凝土，实现爆破同时对围岩节理发育区内部及表层的及时加固。由于本发明能够对硬岩节理发育区爆破后的脆性破坏采取较早的加固措施，通过对岩体节理变化进行干预，阻止局部变形扩展，非常有利于围岩的快速稳定和洞内出渣、初期支护时段的作业安全。
与现有技术相比，本发明的优点具体如下：
1）加固法创新利用了爆破能量，将爆破能量用作爆浆料输送动力，能够在节理瞬时扩张开裂的有利时机充填加固危险变形区；
2）针对硬岩脆性变形快的特点，实施了即破即加固的技术，对围岩断裂及时修复，提前实现了对围岩的加固；
3）球状冲击波爆浆作用面广，实现了对围岩毛洞区空间的全方位喷浆加固。
附图说明
图1是围岩边墙节理渐变破坏示意图。
图2是本发明中节理发育区周边爆破周边孔及爆浆孔的位置关系示意图。
图3是图2中部分爆破周边孔及爆浆孔的放大图。
图4是图3中爆破周边孔及爆浆孔的装料示意图。
图5是图4的右视图。
图6是本发明中爆浆充填效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的施工过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图2-6所示，本发明所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，包括如下步骤：
S1，确定加固区域：根据已开挖揭露的围岩构造节理特性,分析已开挖洞段围岩条件，选择需要加固的区域（见图2所示的Ⅰ区和Ⅱ区）；
S2，钻孔：施作爆破周边孔1，然后在处于加固区域的爆破周边孔1的一侧或两侧施作爆浆孔2，且同组爆破周边孔1和爆浆孔2边缘重叠相互贯通（见图3）；
上述爆浆孔的孔径
，其中，
B—相邻爆破周边孔的间距，
δ—爆浆料在加固区岩壁上的覆盖厚度设计值。
上述爆破周边孔1和爆浆孔2的圆心均设置在开挖轮廓线上，两者等孔深设置；通常情况下，爆浆孔2的孔径为50-100mm，爆破周边孔1的孔径小于50mm，且同组的爆破周边孔1和爆浆孔2边缘重叠处的公共弦长度≤20mm；
除爆破周边孔1和爆浆孔2外，掌子面上还设置有辅助孔β和掏槽孔γ。
S3，安装爆浆料：向爆浆孔2中放置裹浆袋3，然后向裹浆袋3中填充钢纤维混凝土（见图4、5），之后扎口、封填爆浆孔2；
上述钢纤维混凝土采用现场配制的强度CF50级混凝土，其中，速凝剂的掺入量为水泥重量的0.7%-1.6%，钢纤维的掺入量为25-45kg/m3；后期使用时，钢纤维混凝土在隧洞出渣期间的强度不低于30%。钢纤维混凝土通过混凝土泵向裹浆袋3中填充。上述裹浆袋3采用与爆浆孔2相适配的防水尼龙袋，并采用热焊接法扎口。裹浆袋3扎口后，采用水炮泥封填爆浆孔2，且水炮泥的封填长度至少为0.3m。
S4，安装炸药：逐一向各个爆破周边孔1内装入反向炸药4，每一爆破周边孔1内的反向炸药4均采用多段间隔式放置（见图4、5）；安装完毕后，封填爆破周边孔1；
S5，起爆喷浆：引爆反向炸药4，利用爆破能量，在爆破周边孔1内炸药起爆崩落出围岩轮廓面的同时，还会如图6所示，使裹浆袋3内的钢纤维混凝土喷射嵌入硬岩节理裂缝a内并喷射覆盖至围岩表层暴露区b，加固连接断开部位，快速形成连续面，及早干预围岩结构变化，起到局部微喷锚的作用。
本发明综合了光面爆破理论、侧向冲击波能量正向应用和节理瞬间开裂有利喷锚效果，具体如下：
1）光面爆破理论：隧洞钻爆法施工中，为控制超挖，周边采用光面爆破方法。通过工程类比和现场试炮，调整爆破周边孔爆破设计参数（炮眼间距、装药集中度、最小抵抗线、不藕合系数等），达到爆落周边岩石、形成规整轮廓界面的目的，残孔率达80%以上，硬岩节理在围岩轮廓面暴露较充分，为爆浆粘接提供了基础。
2）侧向冲击波能量正向利用：爆浆孔同爆破周边孔连通，起爆破导向孔作用，将爆破周边孔爆破能量引入，在冲击围岩的同时，对钢纤维混凝土也形成冲击。爆破能被作为输送动力，将部分钢纤维混凝土喷射至节理裂隙或围岩轮廓面。
3）节理瞬间开裂有利喷锚效果：爆破周边孔爆破，在对周边岩石破坏的同时，对围岩的节理裂隙有瞬间的扩张作用，有利于钢纤维混凝土喷射嵌入填充裂隙及表层附着，进行孔隙锚接或覆盖表层。
可以看出，本发明通过在开挖轮廓线上布控一系列爆浆孔，灵活运用爆破能量，利用爆破冲击波对加固介质的作用，更早地介入（填充或粘接）围岩原生节理变化面，使围岩结构保持稳定，实现了岩体局部破坏与加固的时间统一，完成了围岩在处于初始扰动状态下的岩体加固，保证了施工安全。
需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，确定加固区域：根据已开挖揭露的围岩构造节理特性,分析已开挖洞段围岩条件，选择需要加固的区域；
S2，钻孔：施作爆破周边孔，然后在处于加固区域的爆破周边孔的一侧或两侧施作爆浆孔，所述爆破周边孔和爆浆孔均沿开挖轮廓线设置，且同组爆破周边孔和爆浆孔边缘重叠相互贯通；
S3，安装爆浆料：向爆浆孔中放置裹浆袋，然后向裹浆袋中填充钢纤维混凝土，之后扎口、封填爆浆孔；
S4，安装炸药：向爆破周边孔内装入反向炸药，封填爆破周边孔；
S5，起爆喷浆：爆破周边孔内的反向炸药爆炸，爆炸冲击波对围岩造成破坏的同时，使裹浆袋内的钢纤维混凝土喷射嵌入围岩的节理裂隙并覆盖围岩表层形成加固结构。
2.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述爆浆孔和爆破周边孔等孔深设置，且两者的圆心均位于开挖轮廓线上。
3.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述爆浆孔的孔径不小于爆破周边孔的孔径，且两者的公共弦长度≤20mm。
4.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述爆浆孔的孔径
，其中，B为相邻爆破周边孔的间距，δ为爆浆料的覆盖厚度设计值。
5.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述爆浆孔的孔径为50-100mm。
6.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述裹浆袋为与爆浆孔相适配的防水尼龙袋，且裹浆袋采用热焊接法扎口。
7.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述钢纤维混凝土为强度CF50级混凝土，现场配制时，速凝剂的掺入量为水泥重量的0.7-1.6%，钢纤维的掺入量为25-45kg/m3；后期使用时，钢纤维混凝土在隧洞出渣期间的强度不低于30%。
8.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述钢纤维混凝土通过混凝土泵向裹浆袋中填充。
9.根据权利要求1所述的隧洞硬质围岩节理发育区爆浆加固法，其特征在于：所述爆浆孔采用水炮泥封填，且封填长度至少为0.3m。
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Non-Patent Citations (1)
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