[發明專利]一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法

在審

• 申請號: 201710422291.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107165639A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 趙東平;胡煒;譚信榮;李奎
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙)51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及圍巖應力釋放方法，特別涉及一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法。

背景技術

近年來，隨著我國基礎設施建設的高速發展和西部大開發的不斷推進，大量深埋超長的越嶺隧道紛紛上馬，遇到的地質條件日趨復雜，隧道整體呈現出“多、長、大、深”的發展趨勢。隧道在穿越深埋高地應力地區時，將發生不同程度的巖爆和大變形，從而引發一系列的工程問題。巖爆是高地應力條件下，硬脆性圍巖因開挖卸荷導致巖體中積聚的彈性變形勢能突然猛烈釋放，巖石爆裂并彈射而出的現象。它直接威脅施工人員及設備的安全，影響工程進度，已成為世界性的地下工程難題之一。

目前針對巖爆問題，通常會采用分層開挖、交叉開挖等施工方法以減少周邊圍巖應力大幅度變化造成的影響，同時加強錨噴支護和二次襯砌，但施工成本高，效果有限。對局部高地應力環境，可通過在掌子面和洞壁噴水及在掌子面周圍增設應力釋放孔的方式來降低或平衡毛洞周邊的圍巖應力。

工程經驗表明，在地應力極高地區，通過向掌子面或洞壁灑水并不能取得很好的應力釋放效果，而向圍巖內部注水軟化圍巖不僅有可能觸發圍巖失穩，而且需要耗費較多的時間和財力。而超前鉆孔釋放地應力的方法勞動強度大，安全性差，施工成本高，且效率低下(卸載孔的按照截面積計算，只有不到千分之一的變形量)，卸載能力差(不可連續，以避免破壞圍巖本身的完整性和承載能力)。另外，無論是超前鉆孔釋放應力，還是掌子面灑水和圍巖內部注水，都屬于接觸式圍巖應力釋放方式，需要工作人員在掌子面附近作業，這必然會給工作人員的人身安全造成嚴重威脅。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法，可用于巖爆的治理，以安全、高效的釋放高地應力硬巖隧道應力，避免隧道施工過程中發生巖爆現象。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法，其特征是：將載有高壓水刀裝置的車載平臺移動至離掌子面一定距離處，啟動高壓水刀裝置利用高壓泵產生的高壓水束由掌子面表面向深部圍巖切割，形成具有一定深度和寬度的切槽，通過切槽和切割水流釋放圍巖應力。

本發明的有益效果是，高壓水刀裝置可遠程在掌子面上和掌子面前方圍巖內切割具有一定深度和寬度的切槽用以釋放地應力，通過控制切槽的深度和寬度，使周邊圍巖上的應力得到較大的釋放和調整，切槽彌合后應力降低至合理的水平，從而避免巖爆的發生；切割過程中利用高壓水的沖擊作用清理槽內巖土，且水對巖土的軟化作用可進一步釋放部分應力。該過程可避免工作人員在掌子面附近施工，保障了施工人員的人身安全。本專利可提高施工安全性，有效降低支護要求，減少甚至取消部分支護，大幅度降低生產成本，具有巨大的經濟價值。

附圖說明

本說明書包括如下五幅附圖：

圖1是本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法的示意圖；

圖2是本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法中掌子面表面切槽示意圖；

圖3是本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法中掌子面縱向切槽側視圖；

圖4是本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法中掌子面縱向切槽正視圖；

圖5是本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法中切槽深度與圍巖應力的關系圖；

圖中示出標記的對應的含義：掌子面10、車載平臺20、高壓水刀裝置30、高壓泵31、噴管32、高壓水束40、橫向切槽51、豎向切槽52、縱向切槽60。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

參照圖1，本發明一種基于高壓水刀的非接觸式圍巖應力釋放方法，是將載有高壓水刀裝置30的車載平臺20移動至離掌子面10一定距離處，啟動高壓水刀裝置30利用高壓泵31產生的高壓水束40由掌子面10表面向深部圍巖切割，形成具有一定深度和寬度的切槽，通過切槽和切割水流釋放圍巖應力。切割過程中利用高壓水的沖擊作用清理槽內巖土，且水對巖土的軟化作用可進一步釋放部分應力。該過程可避免工作人員在掌子面附近施工，保障了施工人員的人身安全。

參照圖2，所述切槽為平面切槽，平面切槽包括在掌子面10上縱豎向間隔設置的橫向切槽51和橫向間隔設置的豎向切槽52。所述橫向切槽51、豎向切槽52的寬度、深度，以及各橫向切槽51之間的間距、各豎向切槽52之間的間距，根據地應力及圍巖條件綜合確定。