[发明专利]一种深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，更具体涉及一种深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区判别方法，适用于矿山、交通、水利水电、军工等深埋硬岩隧道工程。

背景技术

岩爆是深埋硬岩大断面隧道最常见的一种动力型灾害。为了降低岩爆风险，深埋硬岩大断面隧道经常采用分台阶开挖。很多实例表明，不论此区域上台阶开挖过程中是否发生岩爆，隧道下台阶开挖过程中仍然发生岩爆。发生的岩爆位置可能是下台阶的侧墙或底板，甚至造成底板开裂或隆起。这严重威胁着下台阶施工安全和影响施工进度。因此，预先判别下台阶开挖过程中岩爆风险发生区域，为采取针对性的防治措施提供依据，对于减轻或避免深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆灾害的发生，确保施工安全和施工进度尤为重要。但是，尚未见一种高效的深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区判别方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区判别方法，为采取针对性的防治措施提供科学参考依据，从而降低或避免深埋大断面隧道下台阶开挖过程的岩爆风险，确保施工人员的人身安全和工程施工进度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区判别方法，其步骤是：

步骤A、在埋深2500m（大于1000m），开挖直径为13m（大于10m）的隧道上台阶开挖过程中开展微震实时监测，采集岩体微震数据；通过分析上台阶开挖过程微震实时监测数据，圈定上台阶开挖过程中出现的微震事件聚集区；根据聚集区的微震事件能量和事件数，初步预判下台阶开挖过程岩爆风险区。

1、在埋深2500m（大于1000m），断面直径为13m（大于10m）的隧道上台阶开挖过程中开展微震实时监测，获得上台阶开挖过程微震事件分布情况并圈定微震事件聚集区；

2、对比分析微震事件聚集区与隧道上台阶开挖过程岩爆发生区的对应关系，圈定未发生岩爆或岩爆发生后重新形成的微震事件聚集区，初步预判深埋大断面隧道下台阶开挖过程存在岩爆风险区域。

步骤B、针对步骤A预判的深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区域，分析此区域开挖所揭露的硬性结构面、断裂的组（条）数、倾角（范围0~90°）、组合关系、与隧道轴线的夹角（范围0~90°），以及与下台阶开挖面推进方向的关系，预判这些硬性结构面、断裂对下台阶开挖过程岩爆风险的影响：若开挖部位硬性结构面、断裂存在交汇点，硬性结构面或断裂倾角（范围0~90°）（大于或等于70°，且与隧道轴线夹角30°以内等，则会增加此区域岩爆风险；

步骤C、针对步骤A预判的深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区域，分析其上断面的支护强度和效果是否满足要求。若支护强度和效果不能满足要求，则对下台阶开挖过程岩爆的孕育有促进作用；

步骤D、针对步骤A预判的深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区域，根据掘进速率、开挖台阶高度等预判下台阶开挖过程岩爆风险情况。若下台阶掘进速率或开挖台阶高度比上台阶的大，则下台阶开挖过程岩爆风险会增加；

步骤E、针对步骤A预判的深埋大断面隧道下台阶开挖岩爆风险区域，根据其周围爆破扰动情况预判下台阶开挖过程岩爆风险情况。若周围有超过以往的大爆破，或有强度相当的爆破多次发生，则会增加此区域岩爆风险；

步骤F、对步骤A、B、C、D、E得出的预判结果进行综合评价，判别深埋大断面隧道下台阶开挖过程岩爆风险区域。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1) 岩爆往往发生在高应力集中区，而微震事件聚集区是高应集中区的客观反映，所以，利用深埋大断面隧道上台阶开挖过程形成的微震事件聚集区来预判下台阶开挖时岩爆风险位置，增强了下台阶开挖过程中关注岩爆风险区域的针对性，提高了岩爆风险区预先判别的准确性。

(2)岩爆是诸多因素综合作用的结果，其中硬性结构面的产状、组合关系及其与工程的位置关系对岩爆的发生具有很强的控制作用。上断面强有力的支护作用导致弹性应变能向底板转移，频繁爆破扰动以及下台阶开挖参数是下台阶岩爆极为重要的影响因素。在利用微震监测结果初步判别下台阶岩爆风险区的基础上，对这些信息进行综合分析并给出岩爆风险预判，可进一步提高深埋大断面隧道下台阶开挖过程中岩爆风险区预先判别的准确性。

(3)岩爆风险发生位置的预先判别为采取针对性的防治措施提供了科学依据，可大大增强岩爆处理效果，从而有效地避免或降低岩爆灾害的发生，确保深埋大断面隧道下台阶开挖施工安全和加快工程施工进度。

附图说明

图1为一种（实施例2中）深埋隧道横断面图；