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一种岩爆的主动防治方法

阅读：280发布：2021-03-03

IPRDB可以提供一种岩爆的主动防治方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种岩爆的主动防治方法。针对高地应力区隧洞工程施工中岩爆的特点，根据主应力方向及水平，在待开挖的隧洞壁钻大直径的深孔，在孔中安置聚能药包，采用导爆索起爆，利用聚能药包的射流作用及爆生气体的劈裂作用，在洞壁径向形成一定长度和端部有一定宽度的分布式楔形裂缝，降低洞壁围岩环向应力，减弱或消除岩爆危险。本发明可用于水利水电、交通、矿山等行业高地应力区隧洞的开挖工程中，以主动减弱或消除岩爆危险。，下面是一种岩爆的主动防治方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种岩爆的主动防治方法，其特征在于由下述步骤依次所构成：

1)在隧洞洞壁开挖轮廓面上布设聚能致裂爆破孔；

2)在聚能致裂爆破孔中安置带有楔形药型罩的聚能药包，且其聚能药包的聚能穴朝向与隧洞的径向一致；

3)引爆带有楔形药型罩的聚能药包，使隧洞洞壁开挖轮廓面的径向上形成可降低洞壁围岩环向应力的分布式楔型裂缝。

2.如权利要求1所述的一种岩爆的主动防治方法，其特征在于：

1)所述的聚能药包采用高能炸药，其药包侧面安置有导爆索；

2)所述的聚能致裂爆破孔：孔径≥60mm，孔深≥6m。

3.如权利要求1或2所述的一种岩爆的主动防治方法，其特征在于：所述的聚能致裂爆破孔沿隧洞洞壁开挖轮廓面呈均匀对称分布。

4.如权利要求1或2所述的一种岩爆的主动防治方法，其特征在于所述的聚能致裂爆破孔：

1)沿与隧洞围岩最大主应力方向垂直的隧洞洞壁开挖轮廓面上对称布置有两个，并且在该两孔各自与隧洞中心点连线上±30°的隧洞洞壁开挖轮廓面上各布置有1个；

2)沿隧洞围岩最大主应力方向的隧洞洞壁开挖轮廓面上对称布置有2个。

说明书全文

技术领域

本发明属于岩土工程施工技术领域，特别涉及一种隧洞施工中岩爆的主动防治方法。

背景技术

在埋深较大或构造运动强烈区域的硬岩中建造隧洞，因地应力水平较高，施工过程中在掌子面及掌子面前数倍洞径范围的洞壁处往往会发生各种形式的岩爆，给施工人员和机械设备的安全造成严重威胁，进而影响施工进度，增大工程投资。已有的岩爆的防治方法大致可归为：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小直径的应力解除孔，装药起爆后期望解除围岩的高应力状态，实际上，由于孔径小，装药少，较难形成一个较大的影响圈以解除围岩的高应力状态，而开挖后的支护措施法及综合防治法，重点在开挖轮廓形成后的支护、监测及其他安全措施，属于一种被动的岩爆防治措施。实践表明，上述方法较难取得满意的效果。

发明内容

本发明的目的就是根据上述现有技术的状况，针对存在岩爆的洞段，提供一种可有效减少掌子面及洞壁岩爆发生频次，减弱岩爆破坏程度的岩爆主动防治方法，以保证施工人员及机械设备的安全。
本发明的技术方案由下述步骤依次构成：
1、在隧洞洞壁开挖轮廓面上布设聚能致裂爆破孔；
2、在聚能致裂爆破孔中安置带有楔形药型罩的聚能药包，且其聚能药包的聚能穴朝向与隧洞的径向一致；
3、引爆带有楔形药型罩的聚能药包，使隧洞洞壁开挖轮廓面的径向上形成可降低洞壁围岩环向应力的分布式楔型裂缝。
为了进一步增强防治的效果：
1、本发明的聚能药包采用高能炸药，其药包侧面安置有导爆索。
2、本发明的聚能致裂爆破孔，其孔径选择≥60mm；其孔深选择≥6m。
实际应用中，本发明可根据围岩主应力方向及水平，采用与其相适应的聚能致裂爆破孔布置方式：
1、当主应力水平相当时，其聚能致裂爆破孔沿隧洞洞壁开挖轮廓面呈均匀对称分布；
2、当主应力水平相差较大时，其聚能致裂爆破孔的布置方式为：
1)沿与隧洞围岩最大主应力方向垂直的隧洞洞壁开挖轮廓面上对称布置两个，并且在该两孔各自与隧洞中心点连线上±30°的隧洞洞壁开挖轮廓面上各布置1个。
2)沿隧洞围岩最大主应力方向的隧洞洞壁开挖轮廓面上对称布置2个。
本发明可直接利用施工现场的钻孔设备钻设致裂爆破孔，在孔中装设带楔形药型罩和导爆索的聚能药包，采用导爆索起爆，利用聚能药包的射流作用及爆生气体的劈裂作用，在围岩表层形成分布式楔形裂缝，主动解除洞壁围岩表层的高应力状态，有效地降低或消除岩爆危险。本发明可用于水利水电工程、交通、矿山等行业高地应力区隧洞的开挖工程中。

附图说明

附图1为应力水平相差较大时聚能致裂爆破孔的布置示意图。
附图2为附图1的A-A剖面图。
附图3为180°洞周角(β)的聚能致裂爆破孔装药结构图。
附图4为起爆后形成的裂缝分布示意图。
附图5为楔形裂缝结构示意图。
附图中，1-隧洞；2-聚能致裂爆破孔；3-聚能药包；4-楔形药型罩；5-导爆索；6-裂缝。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步的介绍。
本实施例中，待开挖隧洞围岩的主应力方向为水平向和竖直向。其水平向主应力约为30MPa；其竖直向应力为水平向的1.5倍。根据本发明依次进行以下步骤：
1、钻设聚能致裂爆破孔：
在隧洞(1)开挖轮廓面根据围岩主应力方向及大小布置聚能致裂爆破孔(2)，因水平向主应力小于竖直向主应力，且相差较大，在隧洞洞周角β为0°与180°位置的掌子面紧挨洞壁处钻设2个聚能致裂爆破孔(2)，洞周角β为±30°、90°、150°、210°及270°处各布置1个聚能致裂爆破孔(2)，孔径均为110mm，孔深20m，如附图1和附图2所示。
2、安置聚能药包
在聚能致裂爆破孔中装聚能药包(3)，其装药结构剖面示意见附图3，聚能药包内置高能炸药及导爆索(4)，高能炸药由乳化炸药和黑索金混装，导爆索引出孔外，采用紫铜材质的楔形药型罩(5)，药包聚能穴朝向与隧洞的径向一致。爆破孔孔口2m范围内采用炮泥堵塞。
3、起爆形成裂缝：
聚能药包装好后，利用毫秒延时导爆管雷管连接导爆索，采用微差起爆网路，孔间延时不小于50ms。起爆后，在隧洞径向形成端部宽3～8cm、长50～100cm的分布式楔形裂缝(6)，如附图4和附图5所示。楔形裂缝(6)形成后，即可解除隧洞开挖后洞壁围岩环向应力集中状态，有效降低或消除了岩爆危险。

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