深埋隧洞贯通过程中岩柱型岩爆分步解除注水爆破法

技术领域

本发明涉及一种深埋隧洞贯通过程中岩柱型岩爆分步解除注水爆破法，主要适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程。

背景技术

岩爆是地下工程开挖过程中，岩体中积累的势能或应变能的突然释放导致的围岩破坏，可导致人员伤亡、工作面或设备发生破坏，其基本特性是突然和剧烈。岩柱是指开挖时地下两个或几个洞室群之间的岩体，隧洞贯通时的岩柱是指两个相向开挖的洞室之间的残余岩体，随着地下深埋隧洞的开挖，残余岩柱会越来越薄，而其承受的力，会越来越大，一般情况下，当岩柱小于30m左右时，即有可能发生岩柱型岩爆，可使围岩大片爆裂脱落，造成洞顶坍塌，若该岩柱内存在不良断裂时，甚至会引发结构性岩爆与岩柱型岩爆的组合，其能造成大范围的洞室坍塌，严重影响甚至摧毁工程。此类岩柱型岩爆发生时，震动强烈，持续时间长，破坏范围大，成为控制工程施工安全、工程成败的关键因素。

截至目前，全世界的深埋地下工程建设中还没有一个固定的隧道贯通时岩柱型岩爆施工控制方法，国内一般采用先破坏，再修补的办法；也有部分工程采用先导洞的方法，但是这种办法存在风险较大，且耗费较大的人力和财力，工期又较长，较为有效的岩柱岩爆控制方法基本处于起步阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决深埋隧洞（隧道、巷道）同时相向掘进过程中，在贯通时容易发生岩柱型岩爆的问题，提供一种分步应力解除注水爆破法，通过改变岩柱的性状、降低或消除能量积累程度，达到控制岩爆目的，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。

本发明所采用的技术方案是：深埋隧洞贯通过程中岩柱型岩爆分步解除注水爆破法，其特征在于其步骤如下：

a、两隧洞间岩柱的厚度为30m时，停止掘进；在其中一个隧洞的开挖面上水平钻设一组穿透整个岩柱的爆破孔，各爆破孔以开挖面竖向轴线为对称轴对称布置，位于四周的爆破孔沿隧洞开挖轮廓线布置，且距开挖轮廓线的距离小于或等于0.8m；

b、分别在距孔口12-13m和17-18m深度范围装药，同时起爆两段装药段，爆破完成后，分别从两端同时向上部的爆破孔内注水，水压2MPa，直至水流从两侧的下部爆破孔内流出；

c、分别在距孔口7-8m和22-23m深度范围装药，同时起爆两段装药段，爆破完成后，分别从两端同时向上部的爆破孔内注水，水压3MPa，直至水流从两侧的下部爆破孔内流出；

d、分别在距孔口2-3m和27-28m深度范围装药，控制总体爆破强度为0.07kg/T，同时起爆两段装药段，爆破完成后出渣，直到完成隧洞的贯通。

所述隧洞横截面呈城门洞形。

所述爆破孔共分四排布置，其中第一排孔有三个，且沿开挖轮廓线拱顶布置；余下三排中每排均布置五个孔，位于同一排的各孔均位于同一水平面上，且相邻两个孔之间的距离相等。

位于下部的三排孔中，相邻两排孔之间的间距相等。

本发明的有益效果是：本发明在深埋隧洞贯通前，通过合理布置爆破孔及其引爆次序等一系列有序的工作方法，改变岩体性状，消除或降低了岩体中能量积累水平，大大改善了施工安全（包括人员和设备安全）；采用分次爆破的方式，并且在每次爆破间隔时对爆破孔进行注水，以湿润岩体，从而减低了岩爆发生的机率，提高了施工安全性。

附图说明

图1是本发明的平面图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实施例是在深埋隧洞贯通前，通过合理布置爆破孔及其引爆次序等一系列有序的工作方法，改变岩体性状，消除或降低岩柱能量的积累，以达到控制此类型岩柱型岩爆目的。首先引爆内部岩体的炸药，将其应力释放到四周深部的岩体，然后依次向外延伸，慢慢将岩柱的应力释放到两侧岩壁和洞顶洞底的深部，每次爆破间隔时都要注水一段时间，以湿润岩体，减少岩爆发生的可能性。

其具体步骤如下：

a、对于相向同时掘进的两条地下隧洞1，当两隧洞1间岩柱2的厚度为30m时，停止掘进；在其中一个隧洞1的开挖面上钻设一组水平且无任何方向偏转（与隧洞轴线平行）的爆破孔3，同时保证各爆破孔3均穿透整个岩柱2，并以开挖面竖向轴线为对称轴对称布置；爆破孔数目、孔径大小和装药量以最大程度弱化岩体、不过分损伤岩体造成支护工作量的增加为原则，同时需要考虑潜在岩爆强度和现场支护有效性。本例中所述爆破孔3共有十八个，其中位于四周的爆破孔3沿隧洞1开挖轮廓线布置；同时，由于应力解除的重点是四周的岩体，因此位于四周的爆破孔3距开挖轮廓线的距离小于或等于0.8m。所述爆破孔3共分四排布置，其中第一排孔有三个，且沿开挖轮廓线拱顶呈弧形布置；余下三排中每排均布置五个孔，位于同一排的各孔均位于同一水平面上，且同排相邻两个孔之间的距离相等，即位于下部的三排孔呈三排五列布置，并且相邻两排孔之间的间距相等。

b、分别在距孔口12-13m和17-18m深度范围装药，同时起爆两段装药段（每段装药段均为1m），爆破完成后，分别从两端同时向上部的爆破孔3内注水，水压控制在2MPa左右，直至水流从两侧的下部爆破孔3内流出，以湿润岩体，降低岩爆发生的机率。

c、分别在距孔口7-8m和22-23m深度范围装药，同时起爆两段装药段（每段装药段均为1m），爆破完成后，分别从两端同时向上部的爆破孔3内注水，水压控制在3MPa左右，直至水流从两侧的下部爆破孔3内流出，以湿润岩体，降低岩爆发生的机率。

d、分别在距孔口2-3m和27-28m深度范围装药，同时起爆两段装药段（每段装药段均为1m），爆破完成后出渣，直到完成隧洞1的贯通；总体爆破强度按0.07kg/T考虑，该数字代表了爆破装药量与解除范围内岩体重量之比，设计时可先不考虑炸药类型的影响。