[發明專利]一種用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置及應用

有效

• 申請號: 201611027503.3
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106761796B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 馮夏庭;李元輝;盧高明;張希巍;溫建華;鄭帥;孫健;羿健卓
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;E21D9/11
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 孫玲

本發明涉及一種用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置及應用，其結構為：在TBM機架內設有軸向的傳動絲杠，在傳動絲杠上滑動連接微波致裂系統，微波致裂系統末端設置微波發射棒；在TBM機架端部設有TBM刀盤，在TBM刀盤上設有通孔，微波致裂系統沿傳動絲杠滑動，微波發射棒從通孔中伸出，向鉆孔的巖石內發送微波。該裝置及應用旨在克服TBM掘進深埋隧道時無法應對極強或強巖爆的局限性，在TBM滾刀工作前，利用微波能對超前鉆孔進行微波輻射，使鉆孔圍巖預裂達到應力釋放的效果，從而實現TBM掘進深埋隧道時預防巖爆的目的。

技術領域

本發明涉及一種用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置及應用，主要適用于TBM開挖的存在強巖爆、極強巖爆風險的水利水電、交通和礦山等深埋高應力隧道中。

背景技術

水利水電、交通和礦山等深埋硬巖或高應力隧道開挖過程中經常會遇到極強或強巖爆風險。當巖體內積聚的高應變能突然釋放時，導致強烈的圍巖破壞將對現場施工人員和設備造成極大的危害。目前國內外對巖爆的控制方式主要有兩種：第一種是降低巖體中積聚的能量，例如應力解除爆破、高壓注水、鉆應力釋放孔、洞壁切槽開挖中導洞等；第二種是提高巖體的儲能能力或吸收圍巖釋放的能量，通過對圍巖進行支護來達到預防巖爆的目的，主要以吸能支護、柔性支護、剛性支護或二者結合的方式。但根據國內外的研究成果和工程應用效果可知，除了應力解除爆破法以外，其它施工措施都不能達到理想效果。

全斷面隧道掘進機TBM（Tunnel Boring Machine）作為當前最先進的隧道施工機械，具有掘進速度快、利于環保、綜合效益高等優點，可實現傳統鉆爆法難以實現的復雜地理地貌深埋長隧道的施工。TBM掘進過程中實施應力釋放孔可以一定程度上降低巖爆風險。但是要防治極強巖爆或強烈巖爆，需要打很多應力釋放孔。這不僅速度慢，而且有時因應力釋放不足而不足以防治巖爆，這就需要在應力釋放孔的基礎上增加預裂巖體的功能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置及應用，旨在克服TBM掘進深埋隧道時無法應對極強或強巖爆的局限性，在TBM滾刀工作前，利用微波能對超前鉆孔進行微波輻射，使鉆孔圍巖預裂達到應力釋放的效果，從而實現TBM掘進深埋隧道時預防巖爆的目的。

為解決以上問題，本發明的具體技術方案如下：一種用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置，在TBM機架內設有軸向的傳動絲杠，在傳動絲杠上滑動連接微波致裂系統，微波致裂系統末端設置微波發射棒；在TBM機架端部設有TBM刀盤，在TBM刀盤上設有通孔，微波致裂系統沿傳動絲杠滑動，微波發射棒從通孔中伸出，向鉆孔的巖石內發送微波。

所述的微波致裂系統的結構為，微波源的輸出口通過矩形波導依次連接環形器水負載、耦合器及檢波器、調配器和同軸轉換器，同軸轉換器末端連接同軸傳輸電纜，同軸傳輸電纜的末端連接微波發射棒。

所述的微波發射棒為均勻輻射型微波發射棒，結構為由內導體、外導體和介質護套組成，內導體和外導體為同軸設置的金屬管體，在內導體和外導體的端部共同連接介質護套，從內導體導出的微波從介質護套發出。

所述的微波發射棒為裂縫式微波發射棒，結構為由外導管和內導管同軸設置，在外導管和內導管之間設置介質材料，在外導管上設有軸向的細長裂縫，微波從細長裂縫中發出。

采用所述的用于巖爆防治的TBM上微波應力釋放裝置用于巖石預裂的方法，包括以下步驟：

1）在TBM進入具有潛在巖爆風險洞段前，采用超前鉆機在施工前方掌子面打地質鉆孔，鉆孔為水平孔或具有傾角的斜孔，根據巖爆風險等級確定鉆孔的數量和鉆孔布局，孔徑大小使同軸傳輸電纜和微波發射棒能夠順利進入鉆孔內；

2）啟動傳動絲杠，帶動微波致裂系統向掌子面方向移動，使同軸傳輸電纜和微波發射棒從TBM刀盤上的圓孔中伸出，進入到其中的一個鉆孔中；