[发明专利]一种深埋隧洞应力解除预裂爆破方法

说明书

技术领域                                  

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种深埋隧洞应力解除预裂爆破方法。

背景技术

岩爆是水利水电工程、交通、矿山等领域深埋地下洞室开挖或深部采矿过程中围岩发生的一种剧烈动力破坏现象，是开挖诱发的开挖空间周围岩体的突然破坏，并伴随着受压岩石的应变能的突然释放，往往是以岩片弹出、大量岩石坍塌或矿震的形式表现出来的动力现象，可造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡。

由于强烈岩爆的危害很大，目前世界范围内对强烈岩爆防治多采用锚杆支护、喷混凝土、钢筋网加喷混凝土以及注水软化等方法。工程实践证明，这些方法对于防治烈度等级较低的岩爆具有一定的效果，但上述方法较大程度的增加了工程量，耗费过多人力物力，影响施工进度，有时难以达到满意的效果，而且施工过程非常危险，被证明是被动的、消极的和非治本的。应力解除预裂爆破技术是一种在开挖之初即通过改进施工工艺主动防治岩爆的有效技术。

应力解除爆破是一种围岩弱化方法，通过超前钻孔和适量装药对围岩结构进行改造，使设计部位的小部分岩体的刚度（变形模量等）降低，使钻孔及爆破影响范围内的岩体变为较弱的传力介质，变形加大，使局部围岩内的能量分布状态得到调整，应力集中程度得到改善，集中区向深部转移，从而达到防治岩爆的目的。应力解除爆破法在上世纪50年代在南非的威特沃特斯兰德（Witwatersrand）金矿中首次采用并获得广泛应用，国内较早地是从天生桥引水隧洞开挖开始研究应力解除爆破技术。

传统应力解除法仅着眼于使用炸药的爆破能量来对目标区域（即隧洞开挖后的围岩应力集中区）的岩体进行损伤或松动。现有的应力解除技术对其进行了改进，利用了岩体本身所存储的能量，降低了装药量。但目前的应力解除技术需要在常规钻爆掘进方案设计钻孔的基础上，重新在掌子面外圈钻取应力解除孔，增加了工作量，由于所钻取的应力解除孔不规则向轮廓线倾斜一定角度，造成钻孔不易操作且对围岩损伤范围较大。

发明内容

针对现有应力解除预裂爆破技术存在的不足，本发明提供了一种可减少工程量、降低围岩损伤范围、大幅降低岩爆发生率的深埋隧洞应力解除预裂爆破方法。

本发明思路为：

现有应力解除法需在常规钻爆掘进方案设计钻孔基础上，在开挖掌子面周边钻倾斜应力解除孔，造成周边孔不规则，钻孔不易操作且围岩损伤范围扩大等不足，针对现有应力解除法存在的不足，本发明利用常规钻爆掘进方案中平行于开挖进尺方向的周边孔或缓冲孔作为应力解除孔，从而减少工作量、加快施工进度、降低围岩的损伤范围；根据围岩主应力水平及方向优化应力解除孔的炮孔参数、起爆网络及装药结构等爆破参数；起爆时，率先起爆应力解除孔，使开挖掌子面靠近外侧一定范围内的岩体预先破碎得到能量释放，从而在隧洞主体开挖时，达到应力集中区向深部围岩扩展和降低围岩能量释放率的目的，充分保证应力解除效果，同时，也可降低掏槽孔、崩落孔爆破时对保留围岩体造成的损伤，最终实现岩爆发生率的大幅降低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

深埋隧洞应力解除预裂爆破方法，包括步骤：

步骤1，确定隧洞围岩的主应力水平及方向；

步骤2，根据以单响药量控制为核心的常规钻爆掘进方案在掌子面上布设炮孔和预设计炮孔爆破参数；所述的炮孔包括（1）掏槽孔、崩落孔和周边孔，或（2）掏槽孔、崩落孔、缓冲孔和周边孔，若炮孔不包括缓冲孔，则以周边孔为应力解除孔；否则，以缓冲孔为应力解除孔；

步骤3，若以周边孔为应力解除孔，则对小主应力方向的周边孔进行优化：

将小主应力方向的周边孔孔深增加至周边孔预设计孔深的1.5~2倍，并将周边孔加长段的线装药密度增加至周边孔预设计线装药密度的1.4~1.5倍； 所述的小主应力方向的周边孔指相邻周边孔中心连线与小主应力方向夹角为60°～90°的周边孔；

步骤4，若以缓冲孔为应力解除孔，则对小主应力方向的缓冲孔进行优化：

将小主应力方向的缓冲孔孔深增加至缓冲孔预设计孔深的1.5~2倍，所述的小主应力方向的缓冲孔指相邻缓冲孔中心连线与小主应力方向夹角为60°～90°的缓冲孔；