一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法技术

本发明专利技术提出一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，涉及控制爆破方法技术领域。通过在富水裂隙岩体隧洞开挖线附近采用双环交错钻孔超前灌浆方法，可有效填补岩体中裂隙，提高岩体的完整性和强度。采用全断面毫秒延迟爆破技术能够降低光面爆破过程中因岩体裂隙造成的炮孔间爆破能量的耗散，改善隧洞光面爆破效果，控制爆破围岩损伤。可广泛应用于水利水电开发、地下煤矿开采、铁路隧道建设等地下爆破工程领域。地下爆破工程领域。地下爆破工程领域。

【技术实现步骤摘要】
一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法


[0001]本专利技术涉及控制爆破方法
，具体的说是一种富水裂隙岩体隧洞爆破控制方法。

技术介绍

[0002]在国内外大量工程实际中，如水利水电开发、地下煤矿开采、铁路隧道建设等地下工程，所遇到的地质条件突显复杂多变，受地质构造及水文等因素的共同影响，许多地下工程会面临穿越富水裂隙岩体的情况。富水裂隙岩体是一种裂隙发育、岩体含水量较高的特殊地质体，多见于断层裂隙、岩溶发育等地层，其岩体力学性质较差。针对富水裂隙岩体裂隙发育、胶结性差的特殊情形，在保持其他变量一定的条件下，受炮孔近区岩体屈服导致的动态波阻抗特性变化的影响，随着岩体裂隙的增大，爆破过程中炸药的能量耗散也同步增大。炮孔间连线方向上爆破成缝的优先级降低，不利于岩体的破碎、抛掷及开挖轮廓面的形成，导致隧洞爆破后成形效果差。
[0003]另一方面，由于富水裂隙岩体裂隙发育而导致炸药能量在炮孔间的传输效率降低，如图1所示。因此相比无裂隙或低裂隙岩体，爆破开挖需要更足的装药量，又因其具有脆性大、强度低的特点，提高装药量将导致爆破后围岩损伤加剧，甚至会出现超挖和垮塌失稳现象，造成机械设备的损失和人员的伤亡，严重影响施工安全与质量。因而，亟待提出一种富水裂隙岩体隧洞的控制爆破开挖方法。

技术实现思路

[0004]针对富水裂隙岩体隧洞爆破开挖炮孔间成缝难、隧洞轮廓成形差、围岩损伤严重的难题，本专利技术提出了一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法。
[0005]一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，主要步骤如下：
[0006]根据应力波理论，在考虑岩石屈服的情况下，引入裂隙率，确定富水裂隙岩体隧洞掌子面区域的岩体情况；
[0007]在富水裂隙岩体隧洞的掌子面开挖线向心1m处围设多个内环灌浆孔，其钻孔角10
°
，钻孔深度8m、孔径40mm；在距富水裂隙岩体隧洞的掌子面1m外沿洞圈布设有多个外环灌浆孔，其钻孔角30
°
，钻孔深度10m，孔径50mm；且内环灌浆孔和外环灌浆孔空间上交错布设；
[0008]使用普通水泥砂浆和水玻璃
‑
水泥砂浆，对内环灌浆孔和外环灌浆孔交替灌浆；
[0009]采用全断面毫秒延迟爆破技术，对灌浆后的富水裂隙岩体隧洞进行爆破开挖。
[0010]本专利技术实施例提供的一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
[0011](一)通过合理布置灌浆孔的位置，可充分提高灌浆覆盖范围，有效减少岩体中裂隙和孔隙，提高岩体的强度与完整性。
[0012](二)有效封堵富水裂隙岩体中裂隙水、孔隙水，形成无水作业环境，很大程度上减
小作业环境对机械设备和人员的影响，提升施工效率和安全性。
[0013](三)通过在富水裂隙岩体隧洞开挖线附近采用双环交错钻孔超前灌浆的方法，内环与外环灌浆孔空间上交错布置，可避免岩体灌不到浆的情况发生，有效提升灌浆覆盖范围。并使用普通水泥砂浆和水玻璃
‑
水泥砂浆交替灌浆，灌浆压力1
‑
2MPa，如图4
‑
5所示，能够降低岩体中裂隙率，提升岩体的力学性质及完整性，使得炮孔间爆炸能量的耗散降低，有效提升炮孔间的成缝效果，有效提升炸药爆破能量的利用率，提高工程的经济性。
[0014](四)通过采用全断面毫秒延迟爆破技术，按常规爆破设计掏槽孔、崩落孔及缓冲孔，对于光爆孔的设计，预留光爆层厚0.5
‑
0.8m，在掌子面开挖线处钻设光爆孔。采用不耦合装药，炮孔直径40mm，孔深4m。为保证光面爆破效果，光爆孔的孔距应按常规情况的0.8
‑
0.9倍设计，可采用Φ25mm的药卷间隔0.4m装药，如图6所示，能够有效减少装药量，有效控制爆破围岩损伤，很大程度上减少超挖及垮塌失稳现象的发生，保证隧洞成形。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例中提供的岩体灌浆前后爆炸应力波透射情况对比示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例中提供的爆炸能量传输效率随岩石裂隙率的变化图；
[0017]图3为本专利技术实施例中提供的声波测试孔布置示意图；
[0018]图4为本专利技术实施例中提供的掘进方向隧洞剖面图；
[0019]图5为本专利技术实施例中提供的钻孔灌浆断面示意图；
[0020]图6为本专利技术实施例中提供的光面爆破布置示意图；
[0021]图7为本专利技术实施例中提供的采用本方法与传统爆破方法轮廓面半孔率情况对比图。
具体实施方式
[0022]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图，对具体实施方式做进一步描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023]如图所示，本专利技术提出了一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法。
[0024]具体包括以下步骤：
[0025]1、采取现场实测结合工程地质资料的方式，探明掌子面区域的基本地质情况，获得掌子面大小。本次实施例基于富水裂隙岩体，一个直径为10m的圆形隧洞。对掌子面区域岩体的力学参数，以及含水率、裂隙率等特征指标进行测量。实际工程情况复杂多变，应结合测得的数据分析掌子面区域的岩体状况，对岩体状况较差区域应采取必要的加固措施，对可能发生涌水的区域采取相应疏排水措施，提高施工过程的安全性。
[0026]2、在超前灌浆实施前，对已开挖隧洞进行高压吹面处理，吹除隧洞壁面碎石残渣，并对已开挖隧洞进行喷锚支护、衬砌处理。使用高压喷枪向壁面喷浇一层水泥混凝土。待混凝土凝固，在隧洞上方布置好一层钢筋网后，再喷浇一层水泥混凝土覆盖住钢筋网。隧洞的开挖掘进深度为4m，锚杆钻孔间隔为2m，在距离掌子面2m和4m的位置钻设锚杆孔，选择5m预应力锚杆，沿洞圈上方间隔2m辐射布置。锚杆布置完成后，对隧洞上方采用整体式现浇混凝土方法进行衬砌加固。
[0027]3、协调好灌浆设备的进入，完成灌浆设备的布置工作。选择合适的灌浆材料，考虑到普通水泥砂浆初凝时间较长，对施工连续性影响较大，且防渗性效果差，但其价格合适。可选择初凝时间较短、防渗效果较好的水玻璃
‑
水泥砂浆进行交替使用，配制好需要的水泥砂浆。当施工工期有特殊要求时，可添加速凝剂以缩短凝结时间。分别在掌子面开挖线顶部钻设一个声波测试孔和距离隧洞底部约2.5m高度开挖线处对称钻设两个声波测试孔，3个声波测试孔呈三角状，钻孔角10
°
，钻孔深度8m，如图3所示。安装好声波测试仪，对开挖前的岩体进行声波测试，记录好声波测试数据。
[0028]4、进行双环交错钻孔超前灌浆，为保证待开挖掌子面岩体灌浆固结后强度达到爆破开挖条件且尽可能减小浆体凝结时间对施工进度的影响，灌浆覆盖掌子面开挖线附近4m岩体。内环灌浆孔位于掌子面开挖线向心1m处，钻孔角10
°
，钻孔深度8m，孔径40mm。外环灌浆孔距掌子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：根据应力波理论，在考虑岩石屈服的情况下，引入裂隙率，确定富水裂隙岩体隧洞掌子面区域的岩体情况；在岩体情况符合要求的富水裂隙岩体隧洞的掌子面开挖线向心1m处围设多个内环灌浆孔，其钻孔角10
°
、钻孔深度8m、孔径40mm；在距富水裂隙岩体隧洞的掌子面1m外沿洞圈布设有多个外环灌浆孔，其钻孔角30
°
、钻孔深度10m、孔径50mm；且内环灌浆孔和外环灌浆孔空间上交错布设；使用普通水泥砂浆和水玻璃
‑
水泥砂浆，对内环灌浆孔和外环灌浆孔交替灌浆；采用全断面毫秒延迟爆破技术，对灌浆后的富水裂隙岩体隧洞进行爆破开挖。2.如权利要求1所述的富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，其特征在于，所述富水裂隙岩体隧洞为直径为10m的圆形隧洞。3.如权利要求1所述的富水裂隙岩体隧洞超前灌浆爆破开挖方法，其特征在于，所述根据应力波理论，在考虑岩石屈服的情况下，引入裂隙率θ，确定富水裂隙岩体隧洞掌子面区域的岩体情况，其具体包括：在p
t
≥σ
s
的情况下，的情况下，当p
b
＞＞σ
s
时，其中，σ
s
——岩石屈服强度；p
t
——透射压力；p
b
——爆轰压力；η——能量传输效率；ρ
r
C
p
——岩石塑性波阻抗；ρ
r
C
e
——岩石弹性波阻抗；ρ0C0——爆生气体波阻抗；θ——岩体的裂隙率；n——岩体有关的影响因子，n＞1。由上式可知，在其他变量一定的情况下，裂隙率θ的降低可以提升受动态波阻抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：范勇，李文卓，杨广栋，冷振东，郭一鸣，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：