应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法

802 编辑：中冶有色技术网来源：中交路桥华南工程有限公司

2023-12-14 16:11:12

权利要求书： 1.一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，沿隧道掌子面边缘掘进方向设置加固管棚支护，并在加固管棚支护前增加减震防护，最后进行施工爆破，包括如下具体步骤：S1.深埋隧道地形勘查；

S2.按图纸要求沿掌子面轮廓线冲钻安装孔，钻孔完成后采用高压风、高压水清洗，并在安装内安装导向管后，再用钻机在导向管内顶进小导管；

S3.使用高压泵向小导管内注入单液水泥浆，使泥浆流入破碎的围岩后与围岩固结在一起，从而在掘进方向上一定范围内形成一个棚状的破碎带围岩加固区；

S4.在掌子面布置炮孔和周边眼，根据施工准备阶段进行爆破试验结果，最后确立各区域内炮孔及周边眼的爆破参数和安全装药量；

S5.在掌子面位于周边眼与小导管之间的位置标记减震空孔位置，并垂直掌子面方向冲钻减震孔，往冲钻后无残渣、平直的减震孔内装填无缝钢管，并在无缝钢管内装满阻抗材料；

减震孔孔心之间的曲线距隧道轮廓线的距离，与超前小导管在隧道轮廓线内侧的注浆加固范围保持一致；

S6、开挖爆破施工。

2.根据权利要求1所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，所述S2步骤中小导管安设后，用速凝胶封堵孔口间隙，并在小导管附近及工作面喷射砼做为止浆墙，待喷射砼强度达到要求时再进行注浆。

3.根据权利要求1所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，所述S2步骤中小导管采用φ65无缝钢管，其壁厚4mm、长度10m，管身钻有φ8mm的出浆孔眼，出浆孔眼的孔间距15cm，且小导管尾部0.7m不钻孔，尾部焊上φ8钢筋箍，其头部5cm长成锥形。

4.根据权利要求1所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，所述S2步骤中沿掌子面轮廓线均匀布置19个安装小导管的安装孔，孔间距100cm，钻孔深度

10m。

5.根据权利要求4所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，所述安装孔的钻孔水平方向、竖直方向的外插角均为15°。

6.根据权利要求1所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，所述炮孔深度为0.6m，炮孔直径为40mm。

7.根据权利要求1所述的应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，其特征在于，

3 3/a

所述爆破中最大段允许装药量控制采用Q＝R (/K) 公式计算，式中为振动带安全控制标准，按照招标文件和爆破安全规程标准控制，R为爆源中心到振速控制点距离，K为与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数，a为爆破振动衰减指数。

说明书：一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道掘进技术领域，尤其涉及一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法。

背景技术[0002] 随着国内基础设施建设不断向中西部推进，中西部地区地形地貌复杂，更多的高速公路、高速铁路会穿山而建，山岭隧道自然也越来越多。当隧道的埋深越来越大，隧道承

受的地应力也随之愈高。破碎带是由断层或裂隙密集带所造成的岩石强烈破碎的地段，是

工程中较为常见的不利地质现象。破碎带的存在对保障隧道工程的施工安全、施工进度构

成了严峻挑战，如果无法妥善处置破碎带问题，轻则拖慢工期、增加成本，重则导致人员伤

亡，项目停工，而且现有的类似施工方案没有很好的平衡减弱掌子面爆破活动对围岩加固

区的造成的震动损伤与加快循环进尺的方式，若要加快循环进尺就要加大爆破时炮孔装药

量，而炮孔装药量增大，则爆破震动就会对围岩加固区造成更大的损伤，从而引起围岩坠石

甚至塌方，导致停工，因此如何实现在破碎带中既安全又快速的开展施工生产是该工程面

临的最严峻的技术问题。

发明内容[0003] 本发明旨在一定程度上解决上述存在的技术问题，提供一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，削弱了爆破活动对围岩加固区的造成的震动损伤，既安全又快

速的开展施工生产，保障施工安全。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，沿隧道掌子面边缘掘进方向设置加固管棚支护，并在加固管棚支

护前增加减震防护，最后进行施工爆破，包括如下具体步骤：

[0005] S1.深埋隧道地形勘查；[0006] S2.按图纸要求沿掌子面轮廓线冲钻安装孔，钻孔完成后采用高压风、高压水清洗，并在安装内安装导向管后，再用钻机在导向管内顶进小导管；

[0007] S3.使用高压泵向小导管内注入单液水泥浆，使泥浆流入破碎的围岩后与围岩固结在一起，从而在掘进方向上一定范围内形成一个棚状的破碎带围岩加固区；

[0008] S4.在掌子面布置炮孔和周边眼，根据施工准备阶段进行爆破试验结果，最后确立各区域内炮孔及周边眼的爆破参数和安全装药量；

[0009] S5.在掌子面位于周边眼与小导管之间的位置标记减震空孔位置，并垂直掌子面方向冲钻减震孔，往冲钻后无残渣、平直的减震孔内装填无缝钢管，并在无缝钢管内装满阻

抗材料；

[0010] S6、开挖爆破施工。[0011] 优选的，所述S2步骤中小导管安设后，用速凝胶封堵孔口间隙，并在小导管附近及工作面喷射砼做为止浆墙，待喷射砼强度达到要求时再进行注浆。

[0012] 优选的，所述S2步骤中所述小导管采用φ65无缝钢管，其壁厚4mm、长度10m，管身钻有φ8mm的出浆孔眼，出浆孔眼的孔间距15cm，且小导管尾部0.7m不钻孔，尾部焊上φ8钢

筋箍，其头部5cm长成锥形。

[0013] 优选的，所述S2步骤中沿掌子面轮廓线均匀布置19个安装小导管的安装孔，孔间距100cm，钻孔深度10m。

[0014] 优选的，所述安装孔的钻孔水平方向、竖直方向的外插角均为15°。[0015] 优选的，所述S5步骤中减震孔孔心之间的曲线距隧道轮廓线的距离，与超前小导管在隧道轮廓线内侧的注浆加固范围保持一致。

[0016] 优选的，所述炮孔深度为0.6m，炮孔直径为40mm。[0017] 优选的，所述爆破中最大段允许装药量控制采用Q＝R3(/K)3/a公式计算，式中为振动带安全控制标准，按照招标文件和爆破安全规程标准控制，R为爆源中心到振速控制点

距离，K为与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数，a为爆破振动衰减指数。

[0018] 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：[0019] 通过小导管注浆预加固管棚支护技术与控制爆破技术相结合，即在隧道掌子面边缘向掘进方向呈一定角度打入若干小导管，然后使用高压泵向导管内注入单液水泥浆。水

泥浆经小导管管身分布有注浆孔流入破碎的围岩后与围岩固结在一起，提升了围岩的完整

性，提高了围岩的抗压强度，同时所有小导管注浆固结以后会在掘进方向上一定范围内形

成一个棚状的围岩加固区，在这种管棚加固区的保护下，掘进施工的安全性大大增加，再选

择采用预裂爆破的综合微震控制爆破技术，以尽可能减轻对围岩和的扰动，维护围岩自身

稳定性，

[0020] 进一步的，在周边眼与超前小导管之间布置一排密集的减震空孔，使掌子面爆炸产生的初始应力波会产生反射和透射现象，显著削弱了爆破活动对围岩加固区的造成的震

动损伤，既可以适当的增加炮孔装药量，提高循环进尺，加快施工进度，又能削弱爆破震动

给围岩加固区造成的损伤，维持围岩的结构稳定，保障施工安全。

附图说明[0021] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而

言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 附图中：[0024] 图1为本发明所述应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工流程图；[0025] 图2为本发明所述小导管布置示意图；[0026] 图3为本发明所述炮孔和周边眼布置示意图；[0027] 图4为本发明所述减震孔布置示意图；[0028] 图5为本发明所述应力传递示意图；[0029] 图6为本发明所述减震孔结构示意图。[0030] 附图标号：1?导向管；2?小导管；3?炮孔；4?周边眼；5?减震孔；6?无缝钢管；7?阻抗材料。具体实施方式[0031] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方

案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

[0032] 还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”

时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居

间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术

人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0033] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体

细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电

路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

[0034] 如图1所示为本实施例中所述的一种应用于高地应力深埋隧道破碎带开挖施工方法，沿隧道掌子面边缘掘进方向设置加固管棚支护，并在加固管棚支护前增加减震防护，最

后进行施工爆破，包括如下具体步骤：

[0035] S1.深埋隧道地形勘查；[0036] S2.如图2所示按图纸要求沿掌子面轮廓线冲钻安装孔，钻孔完成后采用高压风、高压水清洗，并在安装内安装导向管1后，再用钻机在导向管1内顶进小导管2，具体的，小导

管2采用Φ65×4mm无缝钢管6，先将小导管2一端做成尖形，另一端焊上钢筋箍，管身在距加

劲箍端0.6m开始钻Φ8㎜出浆孔，孔间间距按15cmX15cm梅花型布置，施工前在钢拱架腹板

中，按40cm的环向间距割出稍大于小导管2孔径的孔眼，小导管2在钢拱架之间穿过，小导管

2安设后，用速凝胶封堵孔口间隙，并在小导管2附近及工作面喷射砼，做为止浆墙，待喷射

砼强度达到要求时再进行注浆，其中为充分发挥机械效能，加快注浆进度，可在小导管2前

安设分浆器，一次可注入3～5根小导管2；

[0037] 进一步的，所述S2步骤中沿掌子面轮廓线均匀布置19个安装小导管2的安装孔，孔间距100cm，钻孔深度10m，所述安装孔的钻孔水平方向、竖直方向的外插角均为15°；

[0038] S3.使用高压泵向小导管2内注入单液水泥浆，其中注浆压力0.5～1.0Mpa，水泥浆经注浆孔流入破碎的围岩后与围岩固结在一起，提升了围岩的完整性，提高了围岩的抗压

强度，所有小导管2注浆固结以后会在掘进方向上一定范围内形成一个棚状的围岩加固区，

在这种管棚加固区的保护下，掘进施工的安全性大大增加；

[0039] S4.如图3所示在掌子面布置炮孔3和周边眼4，根据施工准备阶段进行爆破试验结果，最后确立各区域内炮孔3及周边眼4的爆破参数和安全装药量，其中，周边眼4爆破采用

专用光爆炸药及不耦合装药结构；所述炮孔3深度为0.6m，炮孔3直径为40mm，间隔装药，使

爆破振动降低到最低，值得注意的是爆破试验时需了解爆点的地质条件，弄清有无泥夹层、

溶洞以及节理、裂隙、皱层的发育程度和走向以确定各爆破参数特别是最小抵抗线的方向；

[0040] 进一步的，所述爆破中最大段允许装药量控制采用Q＝R3(/K)3/a公式计算，式中为振动带安全控制标准，按照招标文件和爆破安全规程标准控制，R为爆源中心到振速控制

点距离，K为与爆破技术、地震波传播途径介质的性质有关的系数，a为爆破振动衰减指数，

其中K、a需在施工过程中对小药量爆破实测的数据进行回归分析重新标定，标定前爆破设

计时K、a则按爆破安全规程根据岩层状况选取，

[0041] S5.如图4所示在掌子面位于周边眼4与小导管2之间的位置标记减震空孔位置，并垂直掌子面方向冲钻减震孔5，如图6往冲钻后无残渣、平直的减震孔5内装填无缝钢管6，并

在无缝钢管6内装满阻抗材料7；

[0042] 具体的，所述S5步骤中减震孔5孔心之间的曲线距隧道轮廓线的距离，与超前小导管2在隧道轮廓线内侧的注浆加固范围保持一致，

[0043] 本实施例中阻抗材料7采用多孔硬质泡沫塑料，通过利用应力波到达物体边界或不同波阻抗材料7的界面时，如图5所示将发生反射和透射，以及应力波可以被多孔材料吸

收的原理,在周边眼4与超前小导管2之间布置一排密集的减震空孔，当掌子面爆炸产生的

初始应力波在第一次到达炮孔3壁时会产生反射和透射现象,反射波将无法沿初始方向传

播，当透射的应力波穿过炮孔3壁进入无缝钢管6时会再次发生反射和透射现象,二次透射

后的应力波相当一部分会被多孔的硬质泡沫塑料所吸收，穿过硬质泡沫塑料后的剩余应力

波会继续再次穿过无缝钢管6和炮孔3壁,整个爆破应力波从产生到传到注浆加固去的全过

程，初始会经历四次不同材料边界的反射和透射以及一次多孔硬质泡沫塑料的吸收，应力

波的能量会被大大降低,如此以来就大幅减轻掌子面爆破活动对注浆加固管棚区域的爆破

扰动。

[0044] S6、开挖爆破施工。[0045] 本实施方式通过小导管2注浆预加固管棚支护技术与控制爆破技术相结合，即在隧道掌子面边缘向掘进方向呈一定角度打入若干小导管2，然后使用高压泵向导管内注入

单液水泥浆。水泥浆经小导管2管身分布有注浆孔流入破碎的围岩后与围岩固结在一起，提

升了围岩的完整性，提高了围岩的抗压强度，同时所有小导管2注浆固结以后会在掘进方向

上一定范围内形成一个棚状的围岩加固区，在这种管棚加固区的保护下，掘进施工的安全

性大大增加，再选择采用预裂爆破的综合微震控制爆破技术，以尽可能减轻对围岩和的扰

动，维护围岩自身稳定性，

[0046] 进一步的，在周边眼4与超前小导管2之间布置一排密集的减震空孔，使掌子面爆炸产生的初始应力波会产生反射和透射现象，显著削弱了爆破活动对围岩加固区的造成的

震动损伤,既可以适当的增加炮孔3装药量，提高循环进尺，加快施工进度，又能削弱爆破震

动给围岩加固区造成的损伤，维持围岩的结构稳定，保障施工安全。

[0047] 可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技

术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做

出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的

等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。