两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法

摘要

本发明涉及一种两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法，对围岩进行预处理，消除岩柱型岩爆风险，保证施工安全和进度。解决该问题的技术方案是：两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法，其步骤如下：a、改两头掘进为独头掘进；b、常规掘进爆破，掘进爆破进尺为1.8m-2m/爆破循环；c、应力解除爆破；d、出渣并完成支护后进行下一个常规掘进爆破循环和应力解除爆破循环，直至贯通整个岩柱。本发明主要用于两头掘进的深埋交通隧洞和深埋水工隧洞。

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩柱型岩爆的防治方法，特别是一种两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法，主要适用于两头掘进的深埋交通隧洞和深埋水工隧洞。

背景技术

岩柱型岩爆最早在深埋矿山被观察和定义，指由于岩柱内部所积累的能量超过围岩能够承受的范围而引发的剧烈型冲击破坏。后来，一些两头掘进的深埋隧洞在贯通过程中，两个掌子面不断逼近，也形成了类似矿山开采过程中形成的岩柱，当埋深较大，围岩质量较好时，岩柱由于应力集中和能量积聚有可能引发潜在的岩柱型岩爆(Pillar burst)，给人员安全、施工进度带来很大程度的威胁和干扰。

以锦屏辅助洞为例，辅助洞贯通位置的埋深条件接近2400m。两个掌子面相互逼近过程中形成了岩柱，当两掌子面之间的距离接近60m时，潜在岩爆风险增强，给掘进工作带来很大的风险，当两掌子面之间的距离接近45m时，潜在岩爆风险急剧增大，正常的钻爆法无法顺利完成掘进工作，必须采用特殊的技术方案完成隧洞的贯通工作。

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两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法，通过对围岩进行必要的预处理，以达到消除深埋隧洞贯通过程中的岩柱型岩爆风险的目的，为安全施工和施工进度的控制提供保证。

本发明所采用的技术方案是：两头掘进深埋隧洞贯通过程中控制岩柱型岩爆的施工方法，其特征在于：对于开挖洞径小于8m的隧洞，其步骤如下，

a、两个掌子面之间的距离L为50m时，改两头掘进为独头掘进；

b、进行常规掘进爆破，掘进爆破进尺为1.8m-2m/爆破循环；

c、进行应力解除爆破，应力解除爆破孔共有上中下三排，每排四个，其中第一排孔距离开挖轮廓线1m，上倾15度，孔深4m；第二排孔水平布置，孔深6m；第三排孔水平布置，且到开挖轮廓底面的距离为开挖洞径的1/3，孔深4m；每排孔中左右两侧的孔均外倾10度，且距离开挖轮廓线1.5m；第一排和第三排孔的孔底2m长度装10卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵，第二排孔的孔底4m长度装20卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵；

d、出渣并完成支护后进行下一个常规掘进爆破循环和应力解除爆破循环，直至贯通整个岩柱。

对于开挖洞径大于8m的隧洞，其步骤如下，

a、两个掌子面之间的距离L为80m时，改两头掘进为独头掘进；

b、在独头掘进的掌子面上部开挖导洞，进行导洞的常规掘进爆破，掘进爆破进尺为1.8m-2m/爆破循环；

c、进行导洞的应力解除爆破，应力解除爆破孔自上而下共有五排，每排四个，位于外圈的孔距离开挖轮廓线1m，其中第一排孔上倾15度，孔深4m；第二排孔水平布置，孔深6m；第三排孔下倾15度，孔深8m；第四排孔下倾30度，孔深8m；第五排孔下倾45度，孔深8m；每排孔中左右两侧的孔均外倾10度；第一排孔的孔底2m长度装10卷φ32mm的药卷，第二排孔的孔底4m长度装20卷φ32mm的药卷，第三、四、五排孔的孔底6m长度装30卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵；

d、出渣并完成支护后进行下一个常规掘进爆破循环和应力解除爆破循环，直至导洞贯通整个岩柱；

e、落底扩挖完成整个岩柱的贯通工作。

所述导洞的洞径为5-7m，其横截面呈城门洞形。

本发明的有益效果是：本发明对岩柱围岩进行必要的预处理：对于洞径小于8m的隧洞，改两头掘进为独头掘进，同时在掘进过程中耦合应力解除爆破；对于洞径小于8m的隧洞，改两头掘进为独头掘进，在该掘进掌子面上开挖导洞，同时在导洞掘进爆破过程中耦合应力解除爆破，最后落底扩挖完成贯通工作，有效控制甚至消除了深埋隧洞贯通过程中的岩柱型岩爆风险，不仅大大提高了施工的安全性，而且保证了施工进度不受影响。

附图说明

图1是实施例1隧洞贯通位置纵剖面图。

图2是实施例1掌子面应力解除爆破孔布置结构图。

图3是实施例1掌子面平切图。

图4是实施例1掌子面纵剖面图。

图5是实施例2隧洞贯通位置纵剖面图。

图6是实施例2掌子面应力解除爆破孔布置结构图。

图7是实施例2掌子面平切图。

图8是实施例2掌子面纵剖面图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，本实施例主要针对开挖洞径小于8m的隧洞，其贯通过程中岩柱型岩爆可以通过如下措施进行有效控制：

a、当两个掌子面之间的距离L为50m时，停止一个掌子面的掘进工作，改两头掘进为独头掘进。

b、依次完成常规掘进爆破和应力解除爆破的钻孔工作，待钻孔结束后完成各爆破孔的装药和封堵工作；其中常规掘进爆破孔的孔径、孔深及装药量应满足掘进爆破进尺为1.8m-2m/爆破循环的要求，即一个爆破循环的进尺为1.8-2m(下同)；应力解除爆破孔1的布置如图2-图4所示，应力解除爆破孔1共有上中下三排，每排四个，其中第一排孔距离开挖轮廓线1m(该距离指掌子面上应力解除爆破孔到开挖轮廓线的距离，下同)，上倾15度，孔径42mm，孔深4m；第二排孔水平布置，孔径42mm，孔深6m；第三排孔水平布置，且到开挖轮廓底面的距离为开挖洞径的1/3，孔径42mm，孔深4m；每排孔中左右两侧的孔均外倾10度(第一排孔中位于两边的两个孔不仅上倾15度，同时需要沿隧洞方向外倾10度)，且距离开挖轮廓线1.5m(该距离定义同上，指掌子面上应力解除爆破孔到开挖轮廓线的距离)；第一排和第三排孔的孔底2m长度装10卷φ32mm的药卷(应力解除爆破的炸药类型与常规掘进爆破用的炸药相同)，其余部分用粘土封堵，第二排孔的孔底4m长度装20卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵。

c、依次完成常规掘进爆破和应力解除爆破。

d、迅速完成出渣工作，并在3～5小时后完成掌子面一带的支护工作，建议采用一些防岩爆的锚杆如加强水胀式锚杆、树脂粘结剂的普通螺纹钢锚杆、胀壳式锚杆、锥形锚杆和快速硬化的喷层如纳米喷层等作为主要的支护手段。

e、进行下一个常规掘进爆破循环和应力解除爆破循环，直至贯通整个岩柱。

实施例2：如图5所示，本实施例主要针对开挖洞径大于8m的隧洞，其与实施例1的区别在于，采用了导洞2以及调整了应力解除爆破孔1的布置，具体的措施如下：

a、当两个掌子面之间的距离L为80m时，停止一个掌子面的掘进工作，改两头掘进为独头掘进，并在该独头掘进的掌子面上部开挖导洞2，为利于岩爆的控制，本例中导洞2横截面布置成城门洞形，洞径为5m*5m。

b、依次完成导洞2的常规掘进爆破和应力解除爆破的钻孔工作，待钻孔结束后完成各爆破孔的装药和封堵工作；其中常规掘进爆破孔的孔径、孔深及装药量应满足掘进爆破进尺为1.8m-2m/爆破循环的要求；应力解除爆破孔1的布置如图6-图8所示，应力解除爆破孔1自上而下共有五排，每排四个，位于外圈的孔距离开挖轮廓线1m(该距离指掌子面上应力解除爆破孔到开挖轮廓线的距离)，其中第一排孔上倾15度，孔径42mm，孔深4m；第二排孔水平布置，孔径42mm，孔深6m；第三排孔下倾15度，孔径42mm，孔深8m；第四排孔下倾30度，孔径42mm，孔深8m；第五排孔下倾45度，孔径42mm，孔深8m；每排孔中左右两侧的孔均外倾10度(即第一排孔中位于两边的两个孔上倾15度，同时沿隧洞方向外倾10度，第而排孔中位于两边的两个孔水平布置，同时沿隧洞方向外倾10度，第三排孔中位于两边的两个孔下倾15度，同时沿隧洞方向外倾10度，第四排孔中位于两边的两个孔下倾30度，同时沿隧洞方向外倾10度，第五排孔中位于两边的两个孔下倾45度，同时沿隧洞方向外倾10度)；第一排孔的孔底2m长度装10卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵，第二排孔的孔底4m长度装20卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵，第三、四、五排孔的孔底6m长度装30卷φ32mm的药卷，其余部分用粘土封堵。

c、依次完成常规掘进爆破和应力解除爆破。

d、迅速完成出渣工作，并在3～5小时后完成掌子面一带的支护工作，建议采用一些防岩爆的锚杆如加强水胀式锚杆、树脂粘结剂的普通螺纹钢锚杆、胀壳式锚杆、锥形锚杆和快速硬化的喷层如纳米喷层等作为主要的支护手段。

e、进行下一个常规掘进爆破循环和应力解除爆破循环，直至导洞2完全贯通整个岩柱。

f、落底扩挖完成整个岩柱的贯通工作。