[發明專利]一種巖柱型巖爆風險解除結構及施工方法

在審

• 申請號: 202010989847.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN111963181A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉寧;侯靖;褚衛江;彭鵬
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;F42D1/00;F42D3/04
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本發明涉及一種巖柱型巖爆風險解除結構及施工方法。本發明的目的是提供一種巖柱型巖爆風險解除結構及施工方法，通過先鋒洞降低前方巖柱中的能量聚集，之后通過樹脂錨桿加固先鋒洞周邊圍巖，為安全實施應力解除爆破提供條件，通過綜合采用多種方式最大程度地降低巖柱型巖爆風險，保證施工安全。本發明的技術方案是：所述結構包括設置在第一掌子面和第二掌子面之間的先鋒洞，所述先鋒洞一端連通第一掌子面，所述先鋒洞周圍布置應力解除爆破孔。所述施工方法步驟包括：識別風險區域，開挖先鋒洞，布置應力解除爆破孔實施應力解除爆破，隧洞開挖跟進。

技術領域

本發明涉及具有巖爆風險的深埋地下工程的技術領域，尤其涉及一種巖柱型巖爆風險解除的施工結構。

背景技術

巖爆是深埋地下工程開挖過程中常見的一種地質災害，以劇烈性和突然性為主要特點。由于在深埋地下工程中高應力不可避免，當圍巖滿足導致巖爆發生條件時，圍巖破壞及其導致的巖爆是一種必然結果，嚴重威脅到人員和施工設備安全。

巖爆按其發生條件和機理可以分為三大類型，即應變型巖爆、斷裂滑移型巖爆以及巖柱型巖爆。巖柱型巖爆主要是由于兩個開挖面不斷逼近，殘留的巖柱承受的荷載不斷增加，當荷載超過巖柱的承載力時，發生突然的強烈破壞，即為巖柱型巖爆。

巖柱型巖爆的發生條件主要取決于巖柱的受力狀態，只有當巖柱形成過程中有利于巖柱內垂直向應力的急劇集中時，才具備導致巖柱型巖爆的應力條件，特別是當兩個相向掘進的掌子面前方應力集中區相互疊加，極可能導致巖柱應力狀態的惡化而出現巖爆破壞。因此，產生巖柱型巖爆的前提條件是掌子面前方需要成為應力集中區，在給定工程條件下，掌子面前方是否形成應力集中現象、以及應力集中程度與初始地應力場條件密切相關，或者受到初始地應力場的控制。

目前對于巖爆風險的解除方法主要包括主動和被動兩種方法，主動方法主要是降低圍巖中能量集中水平，如應力解除爆破、優化開挖方式、優化開挖面形態等，這類措施的工程性價比相對較高，但技術難度較大；被動方法主要是提高圍巖在巖爆條件下的自穩能力，主要依靠支護提高圍巖的抗沖擊能力，但造價相對較高。

巖柱型巖爆風險由于處于兩個對打掌子面之間，預警困難，并且缺少足夠的工作面和操作平臺，因此一直缺乏有效的巖爆風險解除方法。

發明內容

本發明是為了克服現有技術中的巖柱型巖爆風險由于處于兩個對打掌子面之間，預警困難的問題，提供一種巖柱型巖爆風險解除結構及施工方法，通過先鋒洞降低前方巖柱中的能量聚集，之后通過樹脂錨桿加固先鋒洞周邊圍巖，為安全實施應力解除爆破提供條件，通過綜合采用多種方式最大程度地降低巖柱型巖爆風險，保證施工安全。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種巖柱型巖爆風險解除結構，所述結構是用于兩個對打的第一掌子面和第二掌子面之間的巖爆風險解除，第一掌子面的直徑大于或等于第二掌子面的直徑，所述結構包括設置在第一掌子面和第二掌子面之間的先鋒洞，所述先鋒洞一端連通第一掌子面，所述先鋒洞周圍布置應力解除爆破孔。

作為優選，在所述先鋒洞的掌子面前方和外圍布置應力解除爆破孔，所述各個應力解除爆破孔相對于先鋒洞前進方向斜向延伸整體構成一個扇形區域。

作為優選，所述先鋒洞的掌子面和第二掌子面距離為1倍第一掌子面的直徑。

作為優選，應力解除爆破孔間排距1～1.5m，應力解除爆破孔延伸方向相對于先鋒洞前進方向傾角20～30°，應力解除爆破孔深度大于或等于1倍先鋒洞的直徑。

本發明還提供了一種巖柱型巖爆風險解除施工方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，識別風險區域，在兩個對打的掌子面，其中第一掌子面的直徑D大于或等于第二掌子面的直徑d，第一掌子面和第二掌子面之間的巖柱厚度L為3～5倍D時，具有發生巖柱型巖爆的風險，停止掘進，進行巖爆風險處理；