[发明专利]富水复合地层疏水降压稳定掌子面的施工方法

说明书

本发明涉及隧道工程施工技术领域，提供了一种富水复合地层疏水降压稳定掌子面的施工方法，采用小型爆破的方法，在岩体内靠近富水复合地层处形成炮振裂隙，避免过度爆破震碎岩体而出现掌子面到富水复合地层的实际距离小于最小安全距离的情况，保证了掌子面在爆破后的稳定性；通过炮振裂隙将炸药孔、容积补偿孔和富水复合地层相互连通，促进了水力通道的形成，并通过炸药孔和容积补偿孔排出富水复合地层内的地下水，进而降低了隧道周围的水压力；当隧道周围的水压力降低至施工要求后，利用炸药孔和容积补偿孔进行注浆以加固岩体，提高了岩体的稳定性，避免了隧道洞身在开挖作业过程中出现涌水突泥的风险，保障了掌子面的稳定性。

技术领域

本发明涉及隧道工程施工技术领域，尤其是一种富水复合地层疏水降压稳定掌子面的施工方法。

背景技术

深埋长大山岭隧道往往穿越各种地质条件复杂的地层，隧道开挖后应力释放和高水压的共同作用使得隧道变形问题加剧，施工过程中容易发生塌方、突水突泥等灾害，造成大量的经济损失，严重威胁施工人员的生命安全，甚至诱发隧址区地表塌陷以及水资源枯竭等一系列重大次生灾害，造成严重的环境破坏。

目前，深埋长大山岭隧道在开挖过程中，为了防止施工过程中出现塌方、突水突泥等灾害事故，常采用超前排水方法进行排水。现有的超前排水方法主要有两种，分别是掌子面导坑排水和超前排水导管排水。

掌子面导坑排水方法，需要在掌子面处开挖导坑，然而导坑的开挖需要较长的施工时间，延长了施工工期；并且由于导坑的尺寸大，开挖导坑后造成岩体裂隙暴露在外部，进而会导致岩体裂隙间的填充质大量流失，从而严重破坏围岩的结构性，使围岩的自稳能力下降，特别是在未团结的高水压断层破碎带中，容易发生掌子面失效、坍塌等事故。

超前排水导管排水方法，需要对围岩富水段进行地质勘探，并提供非常详细的超前地质预报基础，以准确确定裂隙水的位置，这样才能为后续排水孔的钻设位置提供基准，这就对勘探设备及勘探人员提出了更高的要求。如果裂隙水的位置不准确，那么在后续钻设排水孔时，就可能出现排水孔无法排水的情况，此时就需要在掌子面其他位置钻设排水孔，直至排水孔能排水为止，这样就使得掌子面上钻设过多的排水孔，不仅增加了施工时间，而且还使围岩的自稳能力下降，严重时容易发生掌子面失效、坍塌等事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种富水复合地层疏水降压稳定掌子面的施工方法，不仅可导出复合地层中富集的地下水以释放水压，而且可保证掌子面的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：富水复合地层疏水降压稳定掌子面的施工方法，包括如下步骤：

S1、探测富水复合地层的位置，计算掌子面至富水复合地层的最小安全距离；

S2、当掌子面到富水复合地层的实际距离大于最小安全距离时，在掌子面的中上部钻设交错布置的炸药孔和容积补偿孔；所述炸药孔和容积补偿孔均沿掌子面至富水复合地层的方向延伸；所述炸药孔和容积补偿孔的深度均小于掌子面到富水复合地层的实际距离；

S3、在每个炸药孔的底部装设炸药；然后起爆炸药，以在岩体内形成将富水复合地层、炸药孔和容积补偿孔相互连通的炮振裂隙；然后通过炸药孔和容积补偿孔将富水复合地层内的地下水排走；

S4、当炸药孔或容积补偿孔内的排水量小于10m³/h后，将所有炸药孔和容积补偿孔注浆加固；

S5、当所有炸药孔和容积补偿孔注浆加固完成后，从掌子面处进行隧道洞身的开挖作业。

进一步的，所述炸药孔内装设炸药的线装药密度按公式(1)计算：

其中，q₁为线装药密度，单位是kg/m；σ_c为岩石的单轴抗压强度，单位是MPa；a为相邻孔之间的间距，单位是m；d_b为炸药孔的直径，单位是m。