[发明专利]用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法

说明书

技术领域

本发明属于高地应力软岩隧道应力释放技术，主要提出一种用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法。

背景技术

采用正台阶法施工的高地应力软岩隧道，在施工过程中隧道易发生大的变形，导致隧道边界侵限，甚至隧道坍塌。正台阶法是隧道的施工方法之一，施工时将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后保持一定距离而形成几个正台阶。正台阶依照上下位置分别命名为上台阶和下台阶。地应力是指岩体在自然状态下存在于岩体中各个位置及各个方向的应力空间分布状态。高地应力是指地应力的水平初始应力分量大大超过垂直初始应力分量的情况。软岩是软弱岩石的简称，是指单轴抗压强度小于30MPa的岩石。

以往高地应力软岩隧道的变形控制方法，多采用增大拱架型号、增加锚索或锚杆长度等措施。这些措施不但浪费材料经济性差，并且变形控制能力有限，当地应力的强度大于支护体系的强度时依然会发生大变形情况。

在以往的施工中也有少数工程使用过超前钻孔方法对高地应力软岩隧道的变形进行控制，但是由于钻孔位置设计、钻孔直径、钻孔设备选取等几个方面不够合理，导致此前的超前钻孔方法，钻孔数量多，应力释放效率低，施工效率低，难以形成生产力。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法，使其能达到有效控制高地应力隧道围岩变形的目的，为后续的隧道开挖提供安全保证。

本发明为完成上述发明任务采用以下技术方案：

一种用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法，在隧道的上部进行开挖形成上台阶后，沿隧道开挖的方向，在上台阶的掌子面钻设若干个钻孔，使地应力作用在这些钻孔上，钻孔在发生变形的过程中消耗地应力的能量，对地应力进行释放，其具体步骤如下：

a、先对隧道开挖面的上部进行开挖形成上台阶，然后对上台阶进行平整，为钻机提供适合的作业平台；

b、在所述的上台阶上进行立拱、钻设锚杆、喷射混凝土的初期支护工序，以确保钻孔期间隧道的安全；

c、钻机就位，沿隧道开挖的方向，在上台阶的掌子面钻设若干个钻孔，钻孔直径为200mm，钻孔深度为15m～30m，孔间距为250mm~400mm；

d、完成全部应力释放钻孔的钻设，保证地应力释放时间最少1天；

e、地应力释放完成后，沿钻孔的长度方向进行隧道开挖直至钻孔的前端；隧道开挖时，上部和下部同时进行，保持上台阶；

f、重复初期支护、钻孔、应力释放，隧道开挖步骤，如此反复，至隧道开挖完成。

本发明提出的用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法，通过在施工形成上台阶之后，在上台阶钻设钻孔，使地应力作用在这些钻孔上，钻孔在发生变形的过程中消耗地应力的能量，对地应力进行释放，以达到有效控制高地应力隧道围岩变形的目的，为后续的隧道开挖提供安全保证。

附图说明

图1为本发明进行地应力释放的状态平面示意图。

图2为本发明进行地应力释放的状态剖面示意图。

图中：1、上台阶，2、下台阶，3、钻孔，4、上台阶掌子面，5、钻机作业平台。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明进行说明：

如图1、图2所示，一种用于高地应力软岩隧道正台阶法开挖的地应力释放方法，在隧道施工形成上台阶1后，在隧道开挖的方向上钻设若干个钻孔3，使地应力作用在这些钻孔上，钻孔在发生变形的过程中消耗地应力的能量，对地应力进行释放，其具体步骤如下：

a、先对开挖面的上部进行开挖形成上台阶1，然后对上台阶1进行平整，为钻机提供适合的作业平台5；

b、在所述的上台阶1上进行立拱、钻设锚杆、喷射混凝土初期支护工序，以确保钻孔期间隧道的安全；

c、钻机就位，沿隧道开挖的方向，在上台阶的掌子面4钻设若干个钻孔3，钻孔直径为200mm，钻孔深度为25m，孔间距为300mm；

d、完成全部应力释放钻孔的钻设，保证地应力释放时间36小时；

e、地应力释放完成后，沿钻孔的长度方向进行隧道开挖直至钻孔前端；隧道开挖时，上部和下部同时进行，保持上台阶；

f、重复步骤b、c、d、e，至隧道开挖完成。