[发明专利]隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法

说明书

本发明涉及隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法及其装置，尤其适用于高地应力、深埋隧洞工程的围岩大变形防治。该方法包括：确定需进行大变形处理的隧洞区段、布孔、孔内空腔注浆封闭、脉冲气压压裂围岩。该方法通过气压压裂形成应力阻断层，促使隧洞围岩应力重新分布，降低高地应力隧洞围岩的应力，有效防治围岩大变形，而且脉冲气压比高压气压或水压压裂所需要的压力要低，可降低对设备的供压要求，减小设备体积，更有利于在狭小的隧洞空间开展施工作业，并且所用为清洁能源，无任何污染，节约能源，施工快捷，有利于提高施工速度，脉冲式气压也更利于压裂缝的贯通和碎屑的清除，成缝效果更好，能从根本上消除隧洞高地应力的危害。

技术领域

本发明涉及一种隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法及其装置，尤其适用于高地应力、深埋隧洞工程的围岩大变形防治。

背景技术

在埋深大或构造运动强烈的地层中建造隧洞，施工过程中在掌子面和掌子面前数倍洞径范围内，因高地应力作用，常发生各种形式的围岩大变形，对施工人员和机械设备造成严重威胁，影响施工进度并增加工程投资。因此，高应力隧洞围岩大变形防治是隧洞施工作业的重点。

目前大变形的防治方法可分为三种：1、被动防治2、主动防治3、综合防治。被动防治是在不改变围岩应力状态的前提下，通过隧洞内部支护承受围岩应力，维持围岩的稳定性，此方法在围岩大变形处置中广泛应用，但在围岩高应力条件下，其支护难度和成本大量增加，影响施工进度，且增加施工成本。主动防治是改变围岩内部结构，使围岩内部应力重新分布，减弱围岩应力，提高围岩稳定性，目前主要的主动防治方法有以下3种：(1)气压压裂注浆法。通过高压气体压裂围岩，然后进行注浆加固，在专利《深部软岩巷道高压气体多级预裂注浆改造方法》(CN105156134 A)中阐述了这种方法，但压裂作业中采用高压气体分级压裂，压裂作业后，裂缝在围岩高应力作用下，会呈闭合趋势，成缝效果不够理想，且对各种围岩环境采用统一的处置方式，没有对围岩主应力方向不同的围岩采用不同的处置方式，缺少针对性，处置成效不高，且多用于浅层处置；(2)水力割裂法。通过高压水力割缝，形成缝槽群，对岩体卸压和减弱应力及应变能传播，在专利《水力割裂防治冲击地压》(CN101915098 A)中阐述了这种方法，但在软岩大变形中常含有较多遇水膨胀的成分，而膨胀变形更会加大围岩变形量，因此水力割裂法在含有较多遇水膨胀成分的围岩大变形处置中是不适用的，此法的使用范围就受到很大限制；(3)钻孔爆破法。通过钻孔爆破，形成楔形裂缝区，降低围岩环形应力，提高围岩稳定性，在专利《一种岩爆的主动防治方法》(CN101864961 A)中阐述了这种方法，但此法在爆破中产生扰动大，会影响围岩本身结构的稳定性，对大变形的整体控制产生不利影响，且施工量和危险性较大。

发明内容

为了有效的解决高应力隧洞围岩大变形问题，克服现有的高应力围岩大变形处置方法中遇到的被动防治支护难度大成本高、主动防治中气压压裂成缝效果差、水力压裂适用范围小、钻孔爆破扰动大等困难，本发明提供隧洞大变形的气压致裂高应力阻断方法：采用脉冲气压压裂围岩的方式，使围岩在特定洞壁进尺深度产生大量裂纹，形成应力阻断区，促使隧洞围岩应力重新分布，浅层围岩的高应力得到缓解，有效限制围岩变形的产生，达到控制高应力隧洞围岩稳定的目的，该方法采用脉冲气压压裂围岩，成缝效果好；以空气为压裂介质，对围岩无污染，适用范围广；对围岩扰动极小，充分利用围岩自身结构的稳定性；同时还提供一种脉冲气压压裂装置，设备占地小，利于在隧洞小空间内施工；对主应力方向不同的围岩环境，采用有针对性的处置方法，成效更好。

具体的技术方案为：