[发明专利]一种岩爆区地下硐室静爆开挖分部卸荷方法

说明书

本发明公开了一种岩爆区地下硐室静爆开挖分部卸荷方法，向掌子面前方打设深度不一的密集锥形掏槽眼、水平空眼、水平辅助眼和水平周边眼作为第一步应力解除过程，将高地应力向不同深度的岩体内部转移；然后分步骤往锥形掏槽眼、水平辅助眼和水平周边眼灌注一个循环进尺的岩石静力破碎剂，依靠岩石破碎剂本身水化反应产生的30～80MPa以上的膨胀压力开挖岩体向前推进，在此作用下使掌子面附近的局部应力分步解除，开挖过程中待破碎岩体是在无震动、无噪音、无飞石和无毒害的情况下安全静力破碎，符合目前短进尺、多循环、弱爆破、少扰动、控制光面爆破效果等岩爆防治理念。消除或降低了岩体开挖导致应力重分布的能量积累水平，做到了既弱化围岩强度又不过分损伤围岩。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种岩爆区地下硐室静爆开挖分部卸荷方法。

背景技术

在岩性坚硬完整或较完整的高地应力区开挖地下工程的过程中由于围岩的应力重分布导致岩体内部积聚的弹性应变能突然释放产生岩片以极快的速度向硐室内飞散开来，同时伴随着巨大声响的现象称之为岩爆。

高地应力地区坚硬完整岩体中开挖引起的岩爆问题将是21世纪我国地下工程发展面临的重大挑战。在地下工程开挖过程中，岩爆是围岩各种失稳现象中反应最强烈的一种，是地下施工的一大地质灾害。由于它的突发性，强烈的岩爆常常带来灾难性的后果：造成人员伤亡、施工设备毁损、增加投资、影响施工进度，甚至地下工程的报废等等。它不仅威胁着人们的生命安全，甚至给施工人员带来巨大的心理负担和精神压力，带来极其恶劣的经济社会效益。

一般认为岩爆发生在岩性坚硬、脆性、结构完整或基本完整的岩体中。岩体的力学性质是岩体发生岩爆的内在因素，岩石越坚硬结构越完整，在应力作用下，其储存的弹性应变能越大。开挖后岩体在变形过程中储存的弹性应变能不仅满足破坏过程中岩体消耗的能量，还能为岩石提供多余的动能使其转化为动能将剥离的岩块弹射出去，形成岩爆。

相应地，地下洞室在施工过程中岩爆防治措施主要有以下几方面：

(1)改善围岩物理力学性能。通常的作法有喷水或注水：①喷水可以使岩体软化，刚度减小，变形增大，岩体中积蓄的能量可以缓缓地释放出来，从而减少因高地应力引起的破坏现象。如在掌子面 ( 开挖面 )和洞壁上经常喷撒冷水，一定程度上可以降低表层围岩的强度；②采用超前钻孔高压均匀注水可以通过三个方面的作用来防治岩爆：一是可以释放应变能，并将最大切向应力向深部转移；二是高压注水的楔劈作用可以软化、降低岩体强度；三是高压注水产生了新的张裂隙，并使原有裂隙继续扩展，从而降低了岩体储存应变能的能力。

(2)改善围岩应力条件。在施工过程中，爆破开挖采用短进尺，多循环；弱爆破，少扰动、控制光面爆破效果，以减小围岩表层应力集中现象。轻微、中等岩爆段尽可能采用全断面一次开挖成型的施工方法，以减少对围岩的扰动。强烈以上的烈度岩爆地段，必要时也可采用分部开挖的方法，以降低岩爆的破坏程度，但在施工中应尽量减少爆破振动触发岩爆的可能性；采取超前钻孔应力解除、松动爆破或振动爆破等方法，使岩体应力降低，能量在开挖前逐步释放。

(3)加固围岩。对不同烈度的岩爆采用不同的加固处理措施被动承受由于岩爆的发生所产生不良后果。对于弱岩爆，可实施全断面光面爆破开挖，设置挂网喷射混凝土初期支护；对于中等岩爆，实施全断面光面爆破开挖，挂网喷射混凝土初期支护并设置径向系统锚杆；对于强烈以上烈度岩爆段，多采取加深加密系统锚杆，并加垫板；挂整体网；格栅钢架支撑等措施。

目前现有的岩爆防治措施还存在不足，主要表现为：

在掌子面或硐壁上喷水通常只能浸湿围岩表层难以深入到岩体内部降低围岩强度，其作用范围有限；

钻孔高压注水兼具软化围岩和超前应力释放的作用，然而岩体内裂隙由于受到注水的润滑作用又能触发引起“微震”，结果往往起不到应有的软化围岩作用。在高地应力区，注水后其封闭应力可能以新的岩爆的方式释放出来。钻孔注水的有效性在坚硬岩体中的高地应区是值得讨论。