一种掌子面超前应力解除爆破布置结构的制作方法

本实用新型涉及高地应力环境下建设的地下工程，例如深埋水工隧洞、交通隧道、核废料处置库等，尤其涉及掌子面超前应力解除爆破布置结构。

背景技术：

岩爆是岩体在高地应力条件下发生的一种剧烈的脆性破坏现象。一般是坚硬、脆性围岩受到地应力释放及开挖扰动的影响而产生应力重分布，其径向约束卸除，切向应力骤然增加，内部储存的弹性应变能急剧释放，以致产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的现象。

岩爆的防治重点在于超前性和及时性，一旦岩爆发生，将对施工人员及设备构成直接威胁。岩爆的防治分为主动防治和被动防治：被动防治，即在岩爆发生后通过支护等手段来进行防治，常见的措施包括喷射混凝土快速支护、预应力锚杆及格栅钢架；对于强烈和极强岩爆，已经无法通过支护方式来完全控制其发生，要有效控制岩爆的发生，需要采用主动防治措施，即在岩爆发生前对应力集中的部位采用工程的方法进行应力释放，人为改善围岩的应力状态及围岩的性质，降低围岩的储能能力，使得高应力向内部围压高的地方转移，从而降低高能量冲击的可能性，减少开挖区近区内围岩的应力集中和能量积聚，提高岩体变形能力而消耗围岩释放的应变能，具体措施包括超前孔、地应力释放孔、爆破作业后对掌子面及周边进行喷洒水以及应力解除爆破，其中应力解除爆破是在围岩一定深度范围内造成一个破裂带，从而使掌子面及隧洞周边应力降低，使高应力转移到围岩深部。

用工程的方法防治岩爆的原理旨在改变岩体性能，破坏其完整性，减弱其初始应力，使其不具备岩爆发生的条件或减弱岩爆发生的强度。在具体实施过程中，有针对性地对可能发生岩爆的部位采用工程手段进行应力释放，形成一圈弱应力范围，相当于形成一个保护圈，阻止岩爆向已开挖的空间发展，或减弱应力释放圈以外的深层岩爆发生时造成的冲击。

然而，由于岩爆类型多样化和岩爆机理的复杂性，迄今为止还没有一套完整的应力解除爆破设计方法，尤其是在应对不同岩爆风险时，往往沿用同一种设计方案，既可能应力解除效果不够，仍然存在岩爆风险，也可能爆破效果过大，造成围岩过度破坏，洞室稳定受到影响。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种掌子面超前应力解除爆破布置结构，能最大程度地降低岩爆风险和围岩破坏。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种掌子面超前应力解除爆破布置结构，其特征在于，在掌子面均匀布置多个第一应力解除爆破孔，第一应力解除爆破孔倾斜进入围岩，延伸长度超过下一次爆破循环；

针对两拱肩起拱部位存在的应力集中区，再设置多个第二应力解除爆破孔作为边墙应力释放孔。

进一步地，第一应力释放孔延伸长度超过下一次爆破循环2m～3m。

进一步地，所述多个第一应力解除爆破孔分为数排，最上一排距离顶拱 0.8-1.2m。

进一步地，所述第一应力解除爆破孔以13-17°仰角布置。

进一步地，所述第一应力解除爆破孔和第二应力解除爆破孔内装炸药卷，孔口堵塞。

进一步度，所述多个第一应力解除爆破孔分为数排，包括处在外侧的多个外侧第一应力解除爆破孔，和处在外侧第一应力解除爆破孔之间的多个内侧第一应力解除爆破孔；所述多个外侧第一应力解除爆破孔距边墙和顶拱的距离，使所述多个外侧第一应力解除爆破孔内炸药爆炸后爆破形成的预裂缝能通至隧洞边墙和顶拱；所述多个内侧第一应力解除爆破孔的布置，使得第一应力解除爆破孔内炸药爆炸后所形成的预裂缝，能连接到掌子面左右的外侧第一应力解除爆破孔的位置以及连接到掌子面上下的外侧第一应力解除爆炸孔的位置。

本实用新型针对掌子面应力集中程度高的特点，进行应力解除爆破，第一应力解除爆破孔和第二应力解除爆破孔处在不同的特征位置，孔的数量可以根据岩爆风险程度的不同进行调整，在完成首次应力解除爆破后，仍有条件对应力集中区进行二次应力解除爆破，最大程度地降低了岩爆风险和围岩破坏。

附图说明

图1为本实用新型实施例的示意图。

具体实施方式

参照附图。以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

(1)在掌子面前方通常存在应力集中区，因此向掌子面前方布置第一应力解除爆破孔11，第一应力解除爆破孔11倾斜进入围岩，可以是浅孔，也可以是深孔，无论是浅孔还是深孔，第一应力解除爆破孔11的延伸深度超过下一次爆破循环2m～3m。所述爆破循环就是爆破向前开挖一次的深度，比如一次爆破2-3 米，就是向前开挖深度3米。

(2)第一应力解除爆破孔11的方向根据围岩结构的具体情况进行设置，由于岩爆风险存在不确定性，因此首先按照中等岩爆洞段布置，即在掌子面区域均匀布置第一应力解除爆破孔，本实施例中布置了14个第一应力解除爆破孔，其中最上一排第一应力解除爆破孔距离顶拱l m，以15°仰角布置，孔深4m(为1 次爆破循环开挖深度的2倍)，装Φ32mm药卷，孔口堵塞l m。通过上述爆破形成预裂缝，通过成缝来达到应力释放的目的。

所述多个第一应力解除爆破孔分为数排，包括处在外侧的多个外侧第一应力解除爆破孔11，和处在外侧第一应力解除爆破孔11之间的多个内侧第一应力解除爆破孔12；所述多个外侧第一应力解除爆破孔11距边墙和顶拱的距离，使所述多个外侧第一应力解除爆破孔11内炸药爆炸后爆破形成的预裂缝能通至隧洞边墙和顶拱；所述多个内侧第一应力解除爆破孔12的布置，使得第一应力解除爆破孔内炸药爆炸后所形成的预裂缝，能连接到掌子面左右的外侧第一应力解除爆破孔11的位置以及连接到掌子面上下的外侧第一应力解除爆炸孔11的位置。

(3)针对两拱肩起拱部位存在的应力集中区，可能仍然存在岩爆风险，由中等岩爆演化至强烈岩爆，在两侧拱肩处再增加第二应力释放孔2，本实施例中增加了4个第二应力释放孔2作为边墙应力释放孔。第二应力释放孔2深4.0m，装Φ32mm药卷，孔口堵塞l m。在第一应力解除爆破孔爆破实施完成后，再次进行应力解除爆破。

第一应力解除爆破孔和第二应力解除爆破孔2的设置，使得在操作时，能够分开时间起爆，避免同时起爆对于周边岩体的破坏，有利于保证成洞形状，也有利于对潜在岩爆风险区进行针对性的爆破，提高应力解除效果。

以上所述仅为实用新型的具体实施案例，本实用新型的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的保护范围之中。