深埋隧洞岩爆控制效果评价方法

摘要

本发明涉及一种深埋隧洞岩爆控制效果评价方法，本发明的目的在于提供一种深埋隧洞岩爆控制效果评价方法，真实准确地评价各措施对于岩爆的控制效果。本发明采用的技术方案：a、在隧洞掌子面上均匀布置八个以掌子面圆心为中心对称布置的测试孔；b、在测试孔内埋设测试元件；c、在隧洞掌子面上钻设五个均匀分布的应力释放孔，并记录下此时测试元件的读数或数据；d、向应力释放孔内注水，并记录下此时测试元件的读数或数据；e、向应力释放孔内装药，实施应力解除爆破，并记录下此时测试元件的读数或数据；f、对比三种情况下测试元件测得的数据，评价三种不同控制措施的效果。本发明主要适用于深埋长大隧洞工程领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种深埋隧洞岩爆控制效果评价方法，主要适用于深埋长大隧洞工程领域。

背景技术

随着工程埋深的不断增加，岩爆导致的工程建设风险也随之增加，在隧洞掘进过程中可能面对灾难性的岩爆风险。为了降低岩爆风险，减少岩爆导致的工程事故，近几十年在岩爆控制措施方面取得了丰富的研究成果，这些防治措施在解决岩爆风险方面发挥了一定的效果。

岩爆控制方法主要是通过具体的方法对存在岩爆危害的局部部位进行处理，或者扰动局部岩体的受力状态、或者加强岩体的抗冲击能量。在岩爆控制措施中，应力解除爆破、应力释放孔和高压注水是比较典型的岩爆控制措施，也是目前最常用的三种主动性控制方法。其中应力解除爆破是通过产生新的裂纹和导致破裂面滑移的方式增强岩体的各向异性和降低刚度达到释放能量的目的，应力释放孔则主要用来降低围岩内的应力集中水平，高压注水则是通过软化围岩达到控制岩爆的目的。

但是上述三种岩爆控制措施虽然在理论上能够解释降低岩爆风险的原因，但在实际工程中成功的案例并不多，一方面是因为控制岩爆措施的设计需要一定的工程经验和科研水平，另一方面则是三种岩爆控制措施在不同条件下对岩爆风险具有不同的适用性，需要做到因地制宜。

在实际掘进过程中，不同的岩爆防治措施所发挥的作用会因岩石条件、地应力条件、施工条件、地质条件等而改变，并影响对岩爆风险控制的效果。因此在深埋隧洞掘进过程中，面对前方可能存在的岩爆风险需要采用何种措施，评价不同岩爆风险的控制效果需要有针对性的试验方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种深埋隧洞岩爆控制效果评价方法，以便真实、准确地评价各措施对于岩爆的控制效果，为现场岩爆控制措施的选择提供可靠的依据。

本发明所采用的技术方案是：

深埋隧洞岩爆控制效果评价方法，其特征在于步骤如下：

a、在隧洞掌子面上均匀布置八个以掌子面圆心为中心对称布置的测试孔，其中四个位于掌子面竖向中轴线上，其余四个则位于掌子面水平向中轴线上；靠近掌子面圆心的四个测试孔均沿隧洞掘进方向布置，其余四个测试孔中，位于隧洞顶部的测试孔向拱顶上倾15度，位于底部的测试孔下倾15度，位于隧洞腰部的两个测试孔保持水平；

b、在测试孔内埋设测试元件；

c、在隧洞掌子面上钻设五个均匀分布的应力释放孔，并记录下此时测试元件的读数或数据；其中一个应力释放孔位于掌子面的圆心处，且沿隧洞掘进方向布置；其余四个应力释放孔则均匀分布于与掌子面同心的圆周上，该圆周的半径大于沿隧洞掘进方向布置的测试孔到掌子面圆心的距离、小于倾斜布置的测试孔到掌子面圆心的距离，并且这四个应力释放孔中有两个对称分布于掌子面竖向中轴线上，其中位于顶部的应力释放孔向拱顶上倾15度，位于底部的应力释放孔下倾15度，其余两个应力释放孔水平；各应力释放孔的孔深均小于测试孔的深度；

d、向应力释放孔内注水，并记录下此时测试元件的读数或数据；

e、向应力释放孔内装药，实施应力解除爆破，并记录下此时测试元件的读数或数据；

f、对比三种情况下测试元件测得的数据，评价三种不同控制措施的效果。

所述测试元件包括应力计、声发射传感器和光纤光栅传感器

本发明的有益效果是：本发明在现场钻设测试孔，并埋设测试元件，然后依次进行应力释放孔的钻设、向应力释放孔内高压注水和对应力释放孔进行应力解除爆破三个步骤，同时记录下三个步骤中测试元件的数据，最后进行对比来评价不同岩爆防治措施的控制效果，更加符合现场的实际情况，充分避免了客观环境对于评价过程的影响，确保了评价结果的真实性和准确性，为现场岩爆控制措施的选择提供了可靠的依据。另外，本发明专利可以在同一钻孔（应力释放孔）中进行多次测试，节省了工作量，也尽量保证了外界环境的统一，更有利于评价岩爆防治措施的控制效果。

附图说明

图1是本发明的立面图。

图2是本发明的横截面图。

具体实施方式

本发明提出了一种岩爆风险控制效果的评价方法，考察这些控制措施对围岩状态的改变，包括降低围岩应力水平、改变高应力区的位置、降低岩体的脆性特征等等，评价降低岩爆风险的目的。

如图1、图2所示，本实施例的具体施工步骤如下：

a、在隧洞1掌子面上均匀布置八个测试孔2，其中四个测试孔2间隔均匀的分布于掌子面竖向中轴线上，并以掌子面圆心为中心对称布置，其余四个则间隔均匀的分布于掌子面水平向中轴线上，同样以掌子面圆心为中心对称布置，竖向中轴线上相邻两测试孔2之间的间距与水平向中轴线上相邻两测试孔2之间的间距相等；靠近掌子面圆心的四个测试孔2均沿隧洞1掘进方向布置，位于隧洞1顶部的测试孔2向拱顶上倾15度，位于底部的测试孔则下倾15度，位于隧洞1腰部的两个测试孔2保持水平。

b、在测试孔2内埋设测试元件3，本例中测试元件3包括应力计、声发射传感器和光纤光栅传感器，其中应力计用于了解各种试验条件下围岩应力变化情况，声发射传感器用于了解围岩破裂和高应力演化过程，光纤光栅传感器用于测量围岩变形场的变化过程。

c、在隧洞1掌子面上钻设五个均匀分布的应力释放孔4，并确保孔深小于测试孔2的深度，同时记录下此时各测试元件3的读数或数据；其中一个应力释放孔4位于掌子面的圆心处，且沿隧洞1掘进方向布置；其余四个应力释放孔4则均匀分布于与掌子面同心的圆周上，这四个应力释放孔4所围成的圆的半径大于沿隧洞1掘进方向布置的测试孔2到掌子面圆心的距离、小于向隧洞1洞壁侧倾斜15度布置的测试孔2到掌子面圆心的距离，本例中，该圆的半径等于同一中轴线上相邻两测试孔2之间的间距，为沿隧洞1掘进方向布置的测试孔2到掌子面圆心的距离的两倍，为向隧洞1洞壁侧倾斜15度布置的测试孔2到掌子面圆心的距离的2/3；并且这四个应力释放孔4中有两个对称分布于掌子面竖向中轴线上，两个对称分布于掌子面水平向中轴线上，其中其中位于顶部的应力释放孔4向拱顶上倾15度，位于底部的应力释放孔4下倾15度，其余两个应力释放孔4水平。

d、向应力释放孔4内进行高压注水，其压力需高于最小主应力，并记录下此时各测试元件3的读数或数据；

e、向应力释放孔4内装药（装药量大约为2~5kg，需要根据现场围岩条件确定），按常规手段进行应力解除爆破，并记录下此时各测试元件3的读数或数据；

f、对比三种情况下各测试元件3测得的数据，评价三种不同控制措施的效果，即通过布置的测试元件3，获取不同措施执行时，位移、应力、声发射事件的变化情况，根据初始监测到的数据，获得不同措施执行时围岩的内部应力状态，根据岩爆风险判据，评价发生岩爆的可能性。

本发明专利可以在前方岩爆风险较强，但控制措施不明确的条件下开展，评价不同岩爆控制的效果。