[发明专利]一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法

说明书

本发明涉及隧道挖掘技术领域，尤其涉及一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法，防岩爆掌子面表面形状为与隧道掘进方向相对的凸面，所述凸面表面形状为球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；所述凸面的球心位于地面之上；所述凸面周围开设有环形槽，所述环形槽与所述凸面和所述隧道壁面均为平滑过渡。挖掘作业的掌子面为凸面，所以不容易产生应力集中，同时凸面周围有环形槽，扩大了掌子面的表面积，使得应力得到进一步的分散，同时环形槽内可以积水，对挖掘作业的掌子面可以起到松弛应力的作用，使得应力不易累计，也不集中。

技术领域

本发明涉及隧道挖掘技术领域，尤其涉及一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法。

背景技术

岩爆是一种突发性灾害，在隧道掘进过程中尤为常见；岩爆的破坏性极大，不仅会对开挖工作面造成严重破坏，而且会危及施工人员的生命安全、损坏工程设备；目前，如何在施工过程中有效避免岩爆灾害发生以及有效抵御岩爆灾害、保护施工人员生命安全的问题，已成为岩石地下工程和岩石力学领域中亟待解决的世界性难题。

现有技术中，对于岩爆的防治措施主要有喷水、超前应力解除爆破、喷射钢纤维混凝土以及挂柔性防护网等等；但在工程实践中，前述防护措施所起到的效果不是很理想。

如图1所示，为现有技术中隧道挖掘过程中的掌子面结构示意图，应力通常会集中在掌子面的拐角处，当高储能岩体受到外加荷载的一次或多次触发，由于围岩体的内部应力与岩体强度之间的脆弱平衡被打破而造成岩爆灾害。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构及防岩爆隧道掘进方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明实施例提供一种隧道掘进用防岩爆掌子面结构，包括隧道掘进过程中用于爆破、挖掘作业的掌子面，所述防岩爆掌子面表面形状为与隧道掘进方向相对的凸面，所述凸面表面形状为球面或椭球面与地面相截所形成的异形面；

所述凸面的球心位于地面之上；

所述凸面周围开设有环形槽，所述环形槽与所述凸面和所述隧道壁面均为平滑过渡。

本发明实施例一种防岩爆隧道掘进方法，所述掘进方法用于所述的防岩爆掌子面结构的施工过程中，包括以下步骤：

S1：隧道掘进过程中，围岩体内存在岩爆隐患的区域与预设的隧道路径相互重叠的区段形成岩爆隐患段，预设的隧道路径上的其余区段形成普通隧道段，在普通隧道段的掘进过程中，采用常规手段进行掘进；常规手段进行掘进时，所采用的掌子面定义为常规掌子面；

S2：沿常规掌子面的边缘往隧道掘进方向偏移常规掌子面圆心方向设置多个钻孔，多个钻孔分别形成掏槽眼阵列和爆破眼；

S3：在爆破眼内装填爆破管，装填完毕后实施引爆；爆炸后，爆炸作用范围内的围岩体向掏槽眼阵列方向坍塌，常规掌子面的边缘形成第一环形槽；

S4：往第一环形槽使用高压水冲洗一定的时间；

S5：在常规掌子面上绕其圆心阵列设置多个钻孔，多个钻孔的孔底均与第一防岩爆掌子面相抵，多个钻孔分别形成掏槽眼阵列和爆破眼；

S6：在爆破眼内装填爆破管，装填完毕后实施引爆；爆炸后，爆炸作用范围内的围岩体向掏槽眼阵列方向坍塌，新暴露出的围岩体即形成第一防岩爆掌子面；

S7：在第一防岩爆掌子面上绕其圆心阵列设置多个钻孔，多个钻孔孔底均与第二防岩爆掌子面相抵，多个钻孔分别形成掏槽眼阵列和爆破眼；

S8：在爆破眼内装填爆破管，装填完毕后实施引爆；爆炸后，爆炸作用范围内的围岩体向掏槽眼阵列方向坍塌，新暴露出的围岩体即形成第二防岩爆掌子面；