[发明专利]一种非对称高应力隧道掌子面超前爆破卸压岩爆控制方法

说明书

本发明提供一种非对称高应力隧道掌子面超前爆破卸压岩爆控制方法，涉及隧道工程技术领域。本发明基于隧道工程地质勘察报告，根据隧道原岩初始地应力、开挖扰动应力场分布与隧道断面几何特征，确定隧道掌子面应力集中区域；基于隧道工程地质勘察报告，运用岩爆烈度评估方法，预测围岩的岩爆等级；基于掌子面应力集中区域与围岩岩爆等级，确定隧道爆破卸压岩爆控制方法；该方法解决了实际工程中，隧道掌子面处于非对称高应力条件下，应力集中区域对超前卸压效果的不良影响，相对于掌子面均匀布孔，减少应力释放孔的数量，更有效改善隧道掌子面前方应力分布，应力集中区域向内部转移，提高隧道开挖施工的安全与施工效率，保证施工人员和设备的安全。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种非对称高应力隧道掌子面超前爆破卸压岩爆控制方法。

背景技术

岩爆是隧道及地下工程穿越坚硬围岩且处于高地应力地区时，本来处于真三向高应力赋存环境的隧道围岩由于开挖导致其应力路径变化，地应力得到释放致使围岩突然破坏，伴随产生岩块的弹射、抛掷、声响等释放内部较大的弹性应变能的一种现象，主要特点为剧烈性和突然性。岩爆对隧道施工的影响主要表现为恶化施工环境，对人员、设备及隧道初期支护造成损伤和破坏，增加安全风险，降低施工效率。

岩爆随着岩爆风险的提高，尤其是对于强烈和极强岩爆时，无法仅通过支护来完全控制其发生，而爆破应力解除法是有效控制岩爆的手段。该法是一种围岩弱化方法，通过超前钻孔和适量装药对围岩结构进行改造，使掌子面附近应力集中区域岩体的刚度降低，钻孔及爆破影响范围内的岩体变为较弱的传力介质，变形加大，使局部围岩内的能量分布状态得到调整，应力集中程度得到改善，集中区向掌子面前方转移，从而达到防治岩爆的目的。在隧道开挖过程中，隧道掌子面的应力常常处于非对称状态，而目前爆破应力解除法的布孔方式主要采用的是在掌子面均匀布孔，没有顾及到可针对掌子面存在的非对称高应力而形成的应力集中区域布置应力释放孔，导致布置了大量的应力释放孔，浪费了人力和物力，甚至因为布置不当，提前诱发了岩爆。故本申请对不同的岩爆等级，针对应力集中区域进行规范布孔，相对于掌子面均匀布孔，减少应力释放孔的数量，更有效改善隧道掌子面前方应力分布，应力集中区域向内部转移，提高隧道开挖施工的安全与施工效率，保证施工人员和设备的安全。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种非对称高应力隧道掌子面超前爆破卸压岩爆控制方法。有效改善有岩爆风险的隧道掌子面前方应力分布，应力集中区向内部转移，提高隧道开挖施工的安全与施工效率，保证施工人员和设备的安全。

一种非对称高应力隧道掌子面超前爆破卸压岩爆控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：基于隧道工程地质勘察报告，根据隧道原岩初始地应力、开挖扰动应力场分布与隧道断面几何特征，确定隧道掌子面应力集中区域；

步骤1.1：基于隧道工程地质勘察报告，通过数值模拟的方法反演出隧道原岩初始地应力和开挖扰动应力场分布，确定隧道开挖工程中在掌子面的应力分布情况；

步骤1.2：根据隧道掌子面应力分布情况与隧道掌子面几何形状的空间关系，得到隧道掌子面应力集中区域。

步骤2：基于隧道工程地质勘察报告，运用岩爆烈度评估方法，预测围岩岩爆等级；

步骤2.1：基于隧道工程地质勘察报告，得到隧道围岩实况，具体包括隧道掌子面围岩所处位置的埋深、地层岩性、初始地应力、岩石单轴抗压强度，围岩分级、水文地质条件；

步骤2.2：根据隧道围岩实况，绘制隧道岩爆强度综合判断表，综合分析预测围岩岩爆等级，其中围岩岩爆等级具体包括无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆以及强烈岩爆。

步骤3：基于隧道掌子面应力集中区域与围岩岩爆等级，确定隧道爆破卸压控制方法；

步骤3.1：根据掌子面应力集中区域，确定超前爆破应力卸压孔布置位置；