1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于代替掏槽的全贯通应力释放孔，以及利用该全贯通应力释放孔实施钻爆法对隧道进行开挖的方法。
背景技术：
2.钻爆法是目前我国大部分山岭隧道施工过程中广泛使用的开挖方法，该方法主要由钻孔、装药、爆破等步骤组成。根据炮孔功能，可以将掌子面炮眼分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。根据岩体爆破原理，掏槽眼的主要目的在于在爆破开挖面进行掏槽以形成若干临空面，为后续炮眼的爆破创造有利条件，因此掏槽眼的布置对于保障爆破效果具有重要作用。掏槽眼的布置精度等都会对爆破效果产生重要影响，因此在施工过程中往往需要在每次循环中花费较多时间进行掏槽眼施工，一般而言在斜眼掏槽施工中，掏槽眼施工所用时间约为整个施工过程的20％。目前在隧道施工中常采用斜眼掏槽，但是该方法受隧道断面尺寸的限制往往掏槽深度有限，目前一般单循环开挖进尺小于4米，而对于一些高应力地层，其进尺可能仅为2米。
3.在高地应力条件下，隧道掌子面周边会出现明显的应力集中并有可能会引起较为严重的岩爆灾害，因此在施工过程中常通过在掌子面前方隧道轮廓周边布置应力释放孔进行能量释放。在高地应力区为例降低岩爆造成的影响常通过频繁设置额外的超前应力释放孔以降低岩爆风险。这些额外的应力释放孔会占用大量的施工时间，进一步降低施工速度。因此寻找合理的钻爆法隧道的开挖方法是加快高地应力岩爆条件下隧道开挖的关键技术难题。
技术实现要素：
4.鉴于以上技术问题，本发明的一个目的是针对现有技术的缺陷，提供一种全贯通应力释放孔以及一种无掏槽钻爆法，其采用全贯通应力释放孔代替掏槽，因此可以节约大量施工时间，同时施工难度相应降低。
5.为达成以上技术目的，本发明采用以下技术方案：一种全贯通应力释放孔，所述全贯通应力释放孔包括第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔，其设置方法包括以下步骤：
6.在掌子面中心设置一个第一全贯通应力释放孔，所述第一全贯通应力释放孔贯穿所述隧道，同时所述第一全贯通应力释放孔的轴向设置路径与所述隧道的轴向设置路径相同；
7.在所述第一全贯通应力释放孔周围设置4个第二全贯通应力释放孔：根据公式γr＝σc/σr计算强度应力比系数γr，式中，σc为岩石单轴抗压强度，σr为掌子面上与所述第一全贯通应力释放孔距离为r处的最大主应力，当γr≥3时，r＝r0，4个第二全贯通应力释放孔与所述第一全贯通应力释放孔距离均为2r0且呈梅花形分布。
8.由于在现场施工时，其难以准确地开设第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力
释放孔，因此，本领域技术人员可根据根据遂址区的数据以建立相应的隧道模型，在模型上设置好第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔的确切施作位置后，再根据模型中的位置在现场施工，其效果更好，同时相对节约资源。
9.本发明的另一个目的是提出一种无掏槽钻爆法，该方法设置有上述的全贯通应力释放孔以代替现有的掏槽，由于全贯通应力释放孔一次性完成，因此，在后续的过程中无需重新开设掏槽，省时省力。
10.本发明的有益效果是：
11.本发明的全贯通应力释放孔，其兼具掏槽和应力释放的作用，且能够一次性施工完成；本发明的无掏槽钻爆法，由于采用了全贯通应力释放孔，其在每一循环过程中无需重新开设掏槽和释放应力，极大的节约了每一循环的施工时间，同时施工难度也相应降低。
具体实施方式
12.为使本发明的技术方案和技术优点更加清楚，下面将利用实施例，对本发明的实施过程中的技术方案进行清楚、完整的描述。
13.一种全贯通应力释放孔，所述全贯通应力释放孔包括第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔，为了更加准确的施作第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔，在本实施例中，首先在隧道模型上获得第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔的设置参数，但是本领域技术人员可以理解的是，在隧道模型上设置全贯通应力释放孔的方法和步骤与在实际隧道中设置全贯通应力释放孔的方法和步骤相同，通过模型获取相应的数据仅是为了节约相应的现场设置资源。
14.本实施例的设置方法包括以下步骤：
15.收集包括岩石单轴抗压强度、地应力、围岩的弹性模量和粘滞性系数在内的遂址区参数；这些参数主要用于建立隧道模型，同时岩石单轴抗压强度用于计算强度应力比系数。
16.根据前述参数建立隧道模型，在模型的掌子面中心设置一个第一全贯通应力释放孔，所述第一全贯通应力释放孔贯穿所述隧道，同时所述第一全贯通应力释放孔的轴向设置路径与所述隧道的轴向设置路径相同；
17.根据遂址区参数建立隧道模型的方法有很多，同时有很多商业软件也能够建立相应的模型，现有技术中建立隧道模型的方法和软件都可应用于本步骤。第一全贯通应力释放孔贯穿整个隧道，且其设置于掌子面的中心，同时第一全贯通应力释放孔在轴向上的方向和隧道在轴向上的方向完全相同，使得第一全贯通应力释放孔在施工过程中，始终处于每一个循环过程中的掌子面中心，如此，能够最大限度的将应力释放。第一全贯通应力释放孔的孔径通常设置为20～30cm，其可以根据施工现场的钻孔工具的大小进行适应性调整。
18.在所述第一全贯通应力释放孔周围设置4个第二全贯通应力释放孔：根据公式γr＝σc/σr计算强度应力比系数γr，式中，σc为岩石单轴抗压强度，σr为掌子面上与所述第一全贯通应力释放孔距离为r处的最大主应力，当γr＝3时，r＝r0，4个第二全贯通应力释放孔与所述第一全贯通应力释放孔距离均为2r0且呈梅花形分布；事实上，当γr≥3时都是符合前述要求的，但是γr越大，则最终的效益越差，因此优选γr＝3。
19.虽然第一全贯通应力释放孔已经释放了一部分应力，但是第一全贯通应力释放孔
相对于整个隧道来说，其尺寸较小，难以将其应力完全释放。因此，在本实施例中，在第一全贯通应力释放孔周围还设置有4个第二全贯通应力释放孔。
20.4个第二全贯通应力释放孔的孔径和形状与第一全贯通应力释放孔相同，同时，为了使第二全贯通应力释放孔作用发挥到最大，本实施例中根据强度应力比系数来确定第二全贯通应力释放孔与第一全贯通应力释放孔的距离：定义强度应力比系数γr＝σc/σr，当γr≥3时，r＝r0，4个第二全贯通应力释放孔与所述第一全贯通应力释放孔距离均为2r0且呈梅花形分布，所谓的梅花形分布，即4个第二全贯通应力释放孔以第一全贯通应力释放孔为中心均匀分布。
21.通过设置的第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔，其即可替代掏槽，同时又能释放应力，使得在隧道施工的循环过程中，不会每一个循环都重新开设掏槽、重新释放应力，更加省时省力，同时施工也更加简单。
22.在确定了上述模型中的第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔后，即可在施工现场按照同样的方法和参数施作第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔。
23.在一些情况下，所述第一全贯通应力释放孔和所述第二全贯通应力释放孔施作完成后，还包括对所述掌子面前方的应力评估：当应力释放至目标值，则进行下一步施工。但是在一些极高应力的地层中，即使在设置了全贯通应力释放孔后，其岩层也可能会发生蠕变现象以导致应力升高，使得此时的应力仍大于目标值，则采用预裂爆破降低应力，所述的目标值是指，当r＝r0时，强度应力比系数γr≥3；所述应力大于目标值是指，当r＝r0时，强度应力比系数γr＜3。
24.所述预裂爆破的具体操作为：在与距离其中一个第二全贯通应力释放孔距离为r0处的掌子面上设置1个波速测试孔，该波速测试孔的孔径可以现有的测试钻头的大小进行设置，孔深为0.5～1.5m，在第一全贯通应力释放孔和该第二全贯通应力释放孔的中点设置预裂爆破孔并采用小药量进行爆破，所述小药量是指能够促使岩石产生裂纹但避免岩石完全损坏的药量，比如常规爆破的单位药量为1kg/m3～3kg/m3，此处的小药量可采用单位药量为0.15～0.3kg/m3的药量。
25.爆破后，通过波速测试孔采用一发双收测试仪测量其波速，当波速测试孔的波速下降不小于10％时，则应力已经释放至目标值；当波速测试孔的波速下降小于10％时，则应当逐渐增大爆破药量直至波速下降不小于10％。
26.同时，从上可知，波速测试孔和预裂爆破空可以为同一个孔，也可以为不同的孔，具体情况可根据本领域技术人员进行设定。
27.本发明的另一个目的是提出一种无掏槽钻爆法，该方法设置有上述的全贯通应力释放孔以代替现有的掏槽，由于全贯通应力释放孔一次性完成，因此，在后续的过程中无需重新开设掏槽，省时省力。
28.在实施上述钻爆法时，可将全贯通应力释放孔当做常规的掏槽，在全贯通应力释放孔周边由内向外依次布置辅助眼和周边眼，辅助眼和周边眼可根据现有技术设置，循环进尺为l0，依次进行爆破开挖。
29.上述的循环进尺可采用常规方法确定，但是为了进一步对全贯通应力释放孔进行适配，本实施例中提出了一种循环进尺l0的计算方法为：在隧道模型上设置第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔后，根据公式计算纵向上的强度应力比，其
中σ
l
为纵向上不同位置处的最大主应力，l为距离掌子面的纵向距离，当时，则l＝l0。
30.在现场施作第一全贯通应力释放孔和第二全贯通应力释放孔时，为了避免钻孔对掌子面的正常开挖施工造成影响，同时为了后续施工的安全性，本实施例中还设置一个超前段，所述超前段长度x需要满足下述关系：
[0031][0032]
式中，v1为掌子面施工速度，v2为水平钻钻孔速度，s为隧道剩余未开凿里程。此处的v1是指，按照传统施工方法进行隧道施工时的掘进速度。
[0033]
以上所述实施例仅为本发明的部分实施例，用于描述本发明的基本原理、实施目的及详细流程，并不限制本发明的使用范围。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方案所做的任何修改，等同变化与修饰，均属本发明技术方案的范畴。本发明在上文已优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描述本发明，而不应理解为限制本发明的范围。在不脱离本发明原理的前提下，对本发明的进一步改进也应视为在本发明的保护范围内。