[發(fā)明專利]一種主動防治巖爆的超前支護(hù)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610147344.4
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105715276A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉成禹
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道與地下洞室施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧道及地下洞室施工中巖爆主動防治的超前支護(hù)方法，具體為一種主動防治巖爆的超前支護(hù)方法。

背景技術(shù)

巖爆是在硬脆完整巖體內(nèi)，由于隧道或地下洞室埋深大或地殼運動在巖體中聚集了大量的應(yīng)變能，形成很高的初始應(yīng)力。施工過程中，聚集在巖體中的應(yīng)變能突然釋放，巖體發(fā)生猛烈的脆性失穩(wěn)和彈射現(xiàn)象。它直接威脅施工人員和機(jī)具的安全，影響施工進(jìn)度。采取有效措施避免巖爆發(fā)生，減弱巖爆強(qiáng)度，保護(hù)施工人員和機(jī)具的安全已成為巖石地下工程中亟待解決的主要難題。

隧道和地下洞室施工中的巖爆防治，目前國內(nèi)外采取的方法大致可歸納為：（1）開挖前的應(yīng)力解除法；（2）開挖過程中的巖爆控制法；（3）開挖后的支護(hù)措施法；（4）綜合防治法。開挖前的應(yīng)力解除法及開挖過程中的巖爆控制法，重點是通過在掌子面鉆應(yīng)力解除孔或在孔內(nèi)裝炸藥，采用松動爆破、振動爆破等方法解除圍巖的高應(yīng)力狀態(tài)，在開挖輪廓形成前主動防治巖爆。開挖后的支護(hù)措施和綜合防治法，是在開挖輪廓形成后對圍巖施作噴射混凝土、錨桿、拱架等對圍巖進(jìn)行支護(hù)，或采取其它安全防護(hù)措施對巖爆進(jìn)行被動防治。實踐表明，上述方法較難取得滿意的效果。

目前主動防治巖爆的技術(shù)采用的都是應(yīng)力解除法。即，開挖前在掌子面或其周邊鉆應(yīng)力解除孔，或在孔洞內(nèi)裝炸藥，采用爆破方式解除圍巖的高應(yīng)力狀態(tài)，從而達(dá)到主動防治巖爆的目的。近年來在巖爆主動防治方面申請的專利，如申請?zhí)?01010188993.1（名稱：一種巖爆的主動防治方法）、申請?zhí)?01410845626.2（名稱：一種釋放隧道高地應(yīng)力巖爆破壞的超前雙導(dǎo)洞施工方法）等采用的都是應(yīng)力解除法，而不是本專利所述的超前支護(hù)方法。

現(xiàn)有防治巖爆的支護(hù)措施法，都是在開挖輪廓形成后對掌子面后方已開挖段圍巖施作噴射混凝土、錨桿、拱架等進(jìn)行支護(hù)，是一種被動防治巖爆的方法。這種方法只對支護(hù)完成后才可能發(fā)生的巖爆起防治作用。這種方法的圍巖支護(hù)需在開挖、出碴結(jié)束后，安全的條件下進(jìn)行。工程實踐表明，大多數(shù)巖爆都發(fā)生在開挖后數(shù)小時之內(nèi)，這一時段內(nèi)由于正在出碴或正在發(fā)生巖爆，支護(hù)無法施作，所以，目前防治巖爆的開挖后再支護(hù)的方法并不適宜于地下洞室開挖后較短時間即發(fā)生巖爆的情況。

本發(fā)明的目的是：針對巖爆段開挖后再支護(hù)的不足，提供一種易于操作的、在開挖前即對圍巖進(jìn)行超前支護(hù)的巖爆主動防治方法。該方法在隧道或地下洞室開挖后便能及時控制巖爆，從而有效減少巖爆出現(xiàn)頻次、減弱巖爆強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主動防治巖爆的超前支護(hù)方法，該方法易于操作，在隧道或地下洞室開挖后便能及時控制巖爆，從而有效減少巖爆出現(xiàn)頻次、減弱巖爆強(qiáng)度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種主動防治巖爆的超前支護(hù)方法，包括如下步驟，

步驟S1：分析判斷巖爆可能出現(xiàn)部位；

步驟S2：由于大多數(shù)巖爆都是臨空的、爆裂松脫巖板在高應(yīng)力擠壓下脆性折斷后再彈射的，因此，針對步驟S1分析判斷的巖爆可能出現(xiàn)部位，進(jìn)行超前支護(hù)，從而減少巖板無支承段長度，同時將松脫巖板串起，提高巖板厚度，進(jìn)而提高巖板抗折斷的能力，避免或減弱巖爆。

在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S2中，巖板抗折斷的能力即巖板折斷所需的與巖板厚度方向垂直的臨界應(yīng)力，該臨界應(yīng)力與巖板厚度成正比、與巖板無支承段長度的平方成反比。

在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S1具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)隧道或地下洞室所處區(qū)域的地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向進(jìn)行分析，若地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向接近水平時，則判斷拱頂至拱腰段可能出現(xiàn)巖爆；若地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向接近垂直時，則判斷邊墻可能出現(xiàn)巖爆；若地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向非上述兩種方向時，則判斷洞室輪廓線與地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向相切的部位可能出現(xiàn)巖爆。

在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S1具體實現(xiàn)方式為：對施工期間巖爆在開挖輪廓線上出現(xiàn)的部位進(jìn)行統(tǒng)計，得出巖爆可能出現(xiàn)的部位。

在本發(fā)明一實施例中，所述超前支護(hù)的實施過程為：首先，根據(jù)步驟S1分析判斷結(jié)果，在巖爆可能出現(xiàn)部位的開挖輪廓線外側(cè)鉆孔；其次，在所鉆孔內(nèi)，插入與鉆孔直徑相當(dāng)?shù)臒o縫鋼管，并頂入鉆孔中，如此即可提高巖板向臨空面折斷的臨界應(yīng)力，從而大幅減少臨空的、爆裂松脫巖板的折斷，進(jìn)而避免或減弱巖爆。