[发明专利]一种主动防治岩爆的超前支护方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道与地下洞室施工技术领域，特别涉及一种隧道及地下洞室施工中岩爆主动防治的超前支护方法，具体为一种主动防治岩爆的超前支护方法。

背景技术

岩爆是在硬脆完整岩体内，由于隧道或地下洞室埋深大或地壳运动在岩体中聚集了大量的应变能，形成很高的初始应力。施工过程中，聚集在岩体中的应变能突然释放，岩体发生猛烈的脆性失稳和弹射现象。它直接威胁施工人员和机具的安全，影响施工进度。采取有效措施避免岩爆发生，减弱岩爆强度，保护施工人员和机具的安全已成为岩石地下工程中亟待解决的主要难题。

隧道和地下洞室施工中的岩爆防治，目前国内外采取的方法大致可归纳为：（1）开挖前的应力解除法；（2）开挖过程中的岩爆控制法；（3）开挖后的支护措施法；（4）综合防治法。开挖前的应力解除法及开挖过程中的岩爆控制法，重点是通过在掌子面钻应力解除孔或在孔内装炸药，采用松动爆破、振动爆破等方法解除围岩的高应力状态，在开挖轮廓形成前主动防治岩爆。开挖后的支护措施和综合防治法，是在开挖轮廓形成后对围岩施作喷射混凝土、锚杆、拱架等对围岩进行支护，或采取其它安全防护措施对岩爆进行被动防治。实践表明，上述方法较难取得满意的效果。

目前主动防治岩爆的技术采用的都是应力解除法。即，开挖前在掌子面或其周边钻应力解除孔，或在孔洞内装炸药，采用爆破方式解除围岩的高应力状态，从而达到主动防治岩爆的目的。近年来在岩爆主动防治方面申请的专利，如申请号201010188993.1（名称：一种岩爆的主动防治方法）、申请号201410845626.2（名称：一种释放隧道高地应力岩爆破坏的超前双导洞施工方法）等采用的都是应力解除法，而不是本专利所述的超前支护方法。

现有防治岩爆的支护措施法，都是在开挖轮廓形成后对掌子面后方已开挖段围岩施作喷射混凝土、锚杆、拱架等进行支护，是一种被动防治岩爆的方法。这种方法只对支护完成后才可能发生的岩爆起防治作用。这种方法的围岩支护需在开挖、出碴结束后，安全的条件下进行。工程实践表明，大多数岩爆都发生在开挖后数小时之内，这一时段内由于正在出碴或正在发生岩爆，支护无法施作，所以，目前防治岩爆的开挖后再支护的方法并不适宜于地下洞室开挖后较短时间即发生岩爆的情况。

本发明的目的是：针对岩爆段开挖后再支护的不足，提供一种易于操作的、在开挖前即对围岩进行超前支护的岩爆主动防治方法。该方法在隧道或地下洞室开挖后便能及时控制岩爆，从而有效减少岩爆出现频次、减弱岩爆强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动防治岩爆的超前支护方法，该方法易于操作，在隧道或地下洞室开挖后便能及时控制岩爆，从而有效减少岩爆出现频次、减弱岩爆强度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种主动防治岩爆的超前支护方法，包括如下步骤，

步骤S1：分析判断岩爆可能出现部位；

步骤S2：由于大多数岩爆都是临空的、爆裂松脱岩板在高应力挤压下脆性折断后再弹射的，因此，针对步骤S1分析判断的岩爆可能出现部位，进行超前支护，从而减少岩板无支承段长度，同时将松脱岩板串起，提高岩板厚度，进而提高岩板抗折断的能力，避免或减弱岩爆。

在本发明一实施例中，所述步骤S2中，岩板抗折断的能力即岩板折断所需的与岩板厚度方向垂直的临界应力，该临界应力与岩板厚度成正比、与岩板无支承段长度的平方成反比。

在本发明一实施例中，所述步骤S1具体实现方式为：根据隧道或地下洞室所处区域的地应力最大主应力方向进行分析，若地应力最大主应力方向接近水平时，则判断拱顶至拱腰段可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向接近垂直时，则判断边墙可能出现岩爆；若地应力最大主应力方向非上述两种方向时，则判断洞室轮廓线与地应力最大主应力方向相切的部位可能出现岩爆。

在本发明一实施例中，所述步骤S1具体实现方式为：对施工期间岩爆在开挖轮廓线上出现的部位进行统计，得出岩爆可能出现的部位。

在本发明一实施例中，所述超前支护的实施过程为：首先，根据步骤S1分析判断结果，在岩爆可能出现部位的开挖轮廓线外侧钻孔；其次，在所钻孔内，插入与钻孔直径相当的无缝钢管，并顶入钻孔中，如此即可提高岩板向临空面折断的临界应力，从而大幅减少临空的、爆裂松脱岩板的折断，进而避免或减弱岩爆。