[发明专利]基于围岩分区破裂演化分析的深埋洞室开挖施工方法

说明书

本发明公开了一种基于围岩分区破裂演化分析的深埋洞室开挖施工方法，包括步骤：一、洞室开挖；二、围岩基本力学参数确定；三、围岩分区破裂演化分析：对当前所施工洞室进行围岩分区破裂演化分析，并根据分析结果对开挖完成后当前所施工洞室围岩上所存在破裂区的数量M和各破裂区的厚度分别进行确定；步骤四、径向注浆加固：沿纵向延伸方向由后向前分多次对当前所施工洞室进行围岩径向注浆加固；每次进行围岩径向注浆加固时，采用注浆管对M个破裂区分别进行注浆加固。本发明步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，根据围岩分区破裂演化分析结果有目的地进行围岩径向注浆加固，能有效确保洞室围岩稳定性及洞室开挖施工的安全性。

技术领域

本发明属于地下洞室施工技术领域，尤其是涉及一种基于围岩分区破裂演化分析的深埋洞室开挖施工方法。

背景技术

地下洞室不仅仅为交通、水电、矿等使用，而且现代已为地下城市建设、冷藏、储油、储水、环境工程及国防工程等广泛使用，洞室可分为过水的(如引水隧洞)和不过水的(如交通隧洞)两大类。深埋洞室(也称深埋地下洞室)是指埋设大于50m的地下洞室。

近年来，随着人们对地下空间与资源需求量的急剧增加，深部岩体工程不断增多。据不完全统计，国外开采深度超过1000m的金属矿山已达上百座；我国多个矿井开采深度已超过1000m，在今后的10年～20年内，国内多数矿山将进入1000m～2000m的开采深度。同时，国内外正在或计划修建大量的深埋地下洞室工程，如山岭交通隧道、大型水电工程引水隧道、核废料深层处置井、石油战备储存工程等。这些深部岩体工程都面临高地应力、高地温、高孔隙水压的复杂地质环境，表现出不同于浅部岩体的显著非线性变形与破坏特征，如分区破裂、剧烈岩爆、围岩挤压大变形等。其中，围岩分区破裂使得深埋洞室在开挖与支护过程中面临着诸多亟待解决的世界性技术难题，并由此成为深部岩体工程领域研究的热点和难点之一。

分区破裂是在深埋洞室围岩中破裂区与非破裂区交替性产生的特殊地质现象。长期以来，人们通过理论推导、试验分析及数值模拟等手段对分区破裂机理进行了深入研究。早在上世纪80年代，E.I.Shemyakin利用电阻率仪在深部Маяк矿山发现了围岩“环带状破裂”现象，如图1所示。

G.D.Adams和A.J.Jager对南非Witwatersrand金矿2000m～3000m深处采场顶板的间隔破裂现象进行了钻孔窥视；D.F.Malan和S.M.Spottiswoode利用现场监测资料分析了采场顶板间隔破裂随时间和采矿活动的发展和形成，探讨了矿震与顶板分区破坏的关系；E.J.Sellers和P.Klerck对围岩中的不连续面对间隔破裂的影响进行了试验研究；M.B.Kypленя和B.H.Oпapин给出了适用于特定矿区的围岩破裂区半径及厚度计算公式；I.S.Metlov等利用非平衡热动力学方程分析了分区破裂的物理基础，并进行了计算机模拟；G.R.Adams和A.J.Jager指出，只要满足条件，巷道围岩都会产生分区破裂现象，但裂缝形成原因尚未得到理论解释；E.И.Шемякин认为围岩分区破裂不是钻爆施工扰动所致，而是由于巷道周围应力场改变；курлeня研究了围岩分区破裂的时间效应，提出初始应力值对巷道周边位移速度具有重要影响，该速度是围岩卸荷产生的位移速度。

在国内，钱七虎首次在国内提出“分区破裂化”这一概念，分析了分区破裂的产生条件、主要特征及变化规律；唐春安等运用RFPA数值软件研究了岩体间隔破裂机制及演化规律；李术才，许宏发等通过对淮南丁集矿深埋巷道围岩的现场监测，提出了分区破裂半径与巷道开挖半径的解析关系；周小平等研究了深埋球形硐室围岩破裂区与非破裂区的宽度和数量；陈建功等轴对称应力场下硐室开挖瞬间围岩径向应力场的动力学理论解，指出分区各破裂区半径存在等比关系；鲁建荣基于厚壁筒三维线弹性解析模型，探讨了水平应力和轴向压力对围岩分区破裂的作用机制；左宇军等研究了动、静组合条件下深部巷道围岩分区破裂的力学机制；陈旭光探讨了高地应力下围岩分区破裂的形成机制和锚固特性；王学滨等基于加荷和卸荷模型模拟了深部巷道围岩的分区破坏，认为卸荷模型更贴近工程实际；顾金才，张绪涛等对深部洞室围岩分区破裂进行了模型试验研究。