一种水平孔长距离岩爆应力释放方法和装置与流程

本发明涉及隧道施工，具体地，涉及一种水平孔长距离岩爆应力释放方法和装置。

背景技术：

1、目前，我国在应对岩爆方面已经采取了多种有效策略，比如应力解除法、改善围岩性质、加强施工支护工作、对发生岩爆的地段采取切槽释放应力、在岩爆地段施工时对人员和设备进行必要的防护等。在隧道开挖途中，对掌子面前方长距离区域的地应力情况以及地质情况，对于隧道开挖工程是非常重要的，通过对地应力情况以及地质情况的掌握，可以使隧道开挖工程的安全得到保证，并为进一步控制高地应力隧道围岩变形提供前提。

2、但是现有的方法中，比如，使用过超前钻孔方法对高地应力软岩隧道的变形进行控制，但是无法同时兼顾远距离地应力测试及高地应力区域的应力释放，更没有同时进行长距离超前地质预报的技术，这使得隧道开挖工程施工操作复杂(远距离地应力测试及高地应力区域的应力释放、长距离超前地质预报单独操作)，导致应力释放效率低，施工效率低。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水平孔长距离岩爆应力释放方法，能对远距离高地应力区域进行应力释放，同时兼顾地应力测试及应力释放作用。

2、本发明的第一方面，提供一种水平孔长距离岩爆应力释放方法，包括：

3、采用水平定向钻对隧道掌子面前方进行地应力测试，得到测试区域的地应力；

4、设置第一阈值，根据所述测试区域的地应力与所述第一阈值关系，判断是否为高地应力区域；

5、对于所述高地应力区域，根据所述高地应力区域的地应力，判断所述高地应力区域的岩爆等级；

6、根据所述岩爆等级对对应的所述高地应力区域进行应力释放。

7、可选地，采用水平定向钻对隧道掌子面前方进行地应力测试，得到测试区域的地应力，包括：

8、采用水平定向钻，所述水平定向钻上安装有地应力测试模块；

9、将所述水平定向钻的钻头进行水平孔的钻进，达到指定测试区域；

10、在所述测试区域采用所述地应力测试模块进行地应力测试，得到测试区域的地应力。

11、可选地，所述水平定向钻还包括导向控向模块，所述导向控向模块用于规划所述钻头的钻孔路线，并控制所述钻头根据所述钻孔路线达到指定测试区域。

12、可选地，所述导向控向模块，控制所述水平定向钻的钻头沿着隧道的中心轴线的平行线进行钻进，并控制所述钻头的钻进路线逐渐向隧道中心轴线靠近，最终控制所述钻头的钻进路线与隧道中心轴线重合，并达到所述指定测试区域。

13、可选地，所述地应力测试模块还包括孔内地应力测试子模块；

14、在所述水平定向钻的钻孔侧壁上形成一个或多个地应力测试孔；

15、将所述孔内地应力测试子模块伸入所述地应力测试孔，测试该地应力测试孔处的地应力大小和方向。

16、可选地，所述根据所述高地应力区域的地应力，判断所述高地应力区域的岩爆等级，包括：

17、选择岩爆等级判据；

18、根据所述岩爆等级判据计算所述高地应力区域的地应力对应的判据值；

19、根据设定的岩爆等级判据阈值，确定所述判据值对应的所述高地应力区域的岩爆等级；

20、所述岩爆等级包括轻微岩爆、中等岩爆和强烈岩爆。

21、可选地，所述根据所述岩爆等级对对应的所述高地应力区域进行应力释放，包括：

22、对于轻微岩爆：采用水平定向钻超前钻孔，使用分支孔进行应力释放；

23、对于中等岩爆：采用水平定向钻在隧道掌子面周围进行超前钻孔，使用分支孔进行应力释放；

24、对于强烈岩爆：采取预防措施，并采用水平定向钻在隧道掌子面周围及掌子面上进行超前钻孔，使用分支孔进行应力释放。

25、可选地，所述方法还包括：超前地质预报，所述水平定向钻设有导向控向模块；在采用水平定向钻对隧道进行地应力测试的同时，通过所述导向控向模块控制所述水平定向钻的钻头对测试区域的一个或多个指定点进行取芯，实现隧道施工前方长距离的超前地质预报。

26、本发明的第二方面，提供一种水平孔长距离岩爆应力释放装置，包括：

27、地应力测试单元：包括能长距离水平钻孔的水平定向钻，用于对隧道进行地应力测试，得到测试区域的地应力；

28、第一判断单元：设置第一阈值，根据所述测试区域的地应力与所述第一阈值关系，判断是否为高地应力区域；

29、第二判断单元：对于所述高地应力区域，根据所述高地应力区域的地应力大小，判断所述高地应力区域的岩爆等级；

30、应力释放单元：根据所述岩爆等级对对应的所述高地应力区域进行应力释放。

31、可选地，所述装置还包括：超前地质预报单元，在所述地应力测试单元采用水平定向钻对隧道进行地应力测试的同时，所述超前地质预报单元通过导向控向模块控制所述水平定向钻的钻头对测试区域的一个或多个指定点进行取芯，实现隧道施工前方长距离的超前地质预报。

32、与现有技术相比，本发明实施例具有如下至少一种有益效果：

33、本发明通过同时采用地应力测试、高地应力区域以及对应岩爆等级的判断，可在隧道开挖途中对掌子面前方长距离区域进行地应力测试，并在收集到隧道掌子面前方存在高地应力区域时，可在该区域进行应力释放操作，防止岩爆发生。

34、本发明通过水平定向钻及其导向控向模块，能进行长距离的超前地质预报，对隧道施工影响小，比如可以达到1000米以上的超前地质预报，相应的，也可以达到1000米以上的距离的地应力测试和应力释放操作。

技术特征：

1.一种水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述采用水平定向钻对隧道掌子面前方进行地应力测试，得到测试区域的地应力，包括：

3.根据权利要求2所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述水平定向钻包括导向控向模块，所述导向控向模块用于规划所述钻头的钻孔路线，并控制所述钻头根据所述钻孔路线从到达指定测试区域。

4.根据权利要求3所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述导向控向模块，控制所述水平定向钻的钻头沿着隧道的中心轴线的平行线进行钻进，并控制所述钻头的钻进路线逐渐向隧道中心轴线靠近，最终控制所述钻头的钻进路线与隧道中心轴线重合，并达到所述指定测试区域。

5.根据权利要求2所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述地应力测试模块还包括孔内地应力测试子模块；

6.根据权利要求1所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述根据所述高地应力区域的地应力，判断所述高地应力区域的岩爆等级，包括：

7.根据权利要求1所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，所述根据所述岩爆等级对对应的所述高地应力区域进行应力释放，包括：

8.根据权利要求1所述的水平孔长距离岩爆应力释放方法，其特征在于，还包括：超前地质预报，所述水平定向钻设有导向控向模块；

9.一种水平孔长距离岩爆应力释放装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的水平孔长距离岩爆应力释放装置，其特征在于，还包括：超前地质预报单元，在所述地应力测试单元采用水平定向钻对隧道掌子面前方进行地应力测试的同时，所述超前地质预报单元通过导向控向模块控制所述水平定向钻的钻头对测试区域的一个或多个指定点进行取芯，实现隧道施工前方长距离的超前地质预报。

技术总结
本发明提供一种水平孔长距离岩爆应力释放方法和装置，包括：采用水平定向钻对隧道掌子面前方进行地应力测试，得到测试区域的地应力；设置第一阈值，根据所述测试区域的地应力与所述第一阈值关系，判断是否为高地应力区域；对于所述高地应力区域，根据所述高地应力区域的地应力，判断所述高地应力区域的岩爆等级；根据所述岩爆等级对对应的所述高地应力区域进行应力释放。本发明可以同时兼顾地应力测试及应力释放作用，能实现对远距离高地应力区域进行应力释放。

技术研发人员：刘继国,刘夏临,何志坚,魏龙海,舒恒,崔庆龙
受保护的技术使用者：中交第二公路勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5