一般岩爆段施工需采用短进尺、弱爆破开挖的组织方式,强烈与极强岩爆洞段要求配合应力解除爆破开挖→危石清理及高压水冲洗→及时喷护钢纤维覆盖岩面→及时实施防岩爆锚固措施(包括快速锚杆、挂网、钢拱肋等)→后续实施系统锚杆支护。
经过参建各方及相关科研院校多年理论分析、现场监测和试验,逐渐摸索出一套适合锦屏岩爆特点的防治对策。
(1)合理的施工程序和方法(蜗壳状、导洞开挖法)。掌子面开挖成蜗壳形状,中心部位凹进,与周边的进尺差以方便施工为宜,控制在2m以内。从中心到周边平顺过渡,形成总体上的弧形形态,见图5。
图5 岩爆区掌子面开挖形式图
考虑到全断面法开挖对围岩扰动大,易诱发岩爆。施工如遇到强岩爆洞段,可采用打超前小导洞等方法,提前释放部分应力,并且施作部分支护,确保作业安全。
(2)应力解除爆破技术。即在正常爆破起爆过程中先行起爆应力解除孔,起到预裂掌子面前方岩体的作用,使掌子面的前方形成一个预先爆破松弛区,改善掌子面前方的围岩应力状态,避免或减缓强烈的能量集中,并可以使每一循环开挖能在先期解除过高应力的低应力岩体条件中进行,降低了开挖导致的应力变化程度,消除高应力可能造成的严重影响。采用应力解除爆破方式,目的是解除或降低应力集中区部位的高地应力,爆破区位于应力集中区范围内。
1)钻孔布置。应力解除爆破孔布置在开挖边界1.5~2m范围内,孔距采用0.6~1.0m,钻孔数量15~25孔,见图6。
图6 浅孔(短距离)应力解除爆破孔布置
2)钻孔长度。孔深为开挖进尺的2~2.5倍,强岩爆条件下开挖进尺控制在2m以内,则应力解除爆破孔深应不小于4m。(www.xing528.com)
3)孔向孔斜。钻孔以10°~15°的角度向外呈扇状散开,角度随孔深增大而降低,以孔底接近但不超过开挖边界为宜。应力接触孔与主应力σ1的方向尽量垂直或大角度相交。
4)装药量。底端应力解除爆破段的装药量需要视实际效果调整。
5)起爆顺序。应力解除段的爆破次序为周边孔之前,也可为最后次序,通过现场实际情况进行调整。
(3)及时支护。岩爆主要取决于地质条件、地应力条件和施工触发因素。为减轻岩爆的危害,很重要的一条就是在隧洞开挖前和开挖后对围岩进行及时支护(每循环系统支护紧跟),不仅可以改善应力的大小和分布,而且还能使隧洞周边的岩体从平面应力状态变为空间三向应力状态,从而达到减轻岩爆危害的目的,并且还能起到防护作用,防止岩石弹射和剥落造成事故。
主要采用涨壳式预应力中空注浆锚杆和水涨式锚杆、纳米钢纤维混凝土等支护措施。在出渣排险结束后,先进行纳米钢纤维混凝土的喷射封闭,并在岩爆高发洞段喷射纳米钢纤维混凝土封闭掌子面,喷射厚度10~15cm。之后采用三臂台车钻孔,随机布设水涨式锚杆,或系统布置涨壳式预应力中空注浆锚杆,通过施加预应力及垫板和杆体摩擦力控制岩石破坏的发展,挂网及系统喷射混凝土后期跟上。该措施在轻微岩爆和中等岩爆区取得了较好效果。
(4)安全防护。增设临时防护设施,给主要的施工设备安装防护网和防护棚架,给施工人员配发钢盔、防弹背心等,加强巡回撬顶,及时清除爆裂的危石,确保施工人员的安全。
(5)主动规避。对于极强烈岩爆洞段,岩爆难以控制时,应主动躲避一段时间,防止岩爆危害设备和人员安全,直至岩爆平静为止。
(6)加强地质预报。经过辅助洞和施工排水洞岩爆情况的统计,结构面型岩爆为危害最大的一种岩爆类型,因此加强地质预报,提前发现各种不利节理面或结构面,早发现,早处理,早防治。
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