一种采用 TBM 进行深埋隧洞掘进的岩爆防治方法 【技术领域】
本发明涉及一种岩爆的防治方法， 特别是一种采用 TBM 进行深埋隧洞掘进的岩爆 防治方法， 主要适用于 TBM 开挖的具有强岩爆风险的深埋水工隧洞和深埋交通隧洞。背景技术
对于具有强岩爆风险的深埋硬岩隧洞， 岩爆控制是一个比较棘手的问题， 硬岩掘 进机 (TBM) 自身防治岩爆的手段又非常有限， 单纯地依赖支护系统难以抵挡极强岩爆的冲 击， 往往需要针对潜在强岩爆洞段的围岩进行预处理并联合防岩爆支护系统， 二者协同工 作， 达到防治岩爆的目的。
对围岩进行预处理的手段很多， 目前世界范围内公认比较有效的是应力解除爆 破。 钻爆法开挖的深埋隧洞可以通过在掌子面一带实施应力解除爆破达到消除潜在岩爆风 险的目的， 并通过应力解除爆破参数的调整适应不同岩爆风险和岩爆特征的潜在强岩爆洞 段。硬岩掘进机 (TBM) 由于设备本身的限制， 无法高效地在掌子面前方造孔， 从而不利于应 力解除或其它方式 ( 高压水切割等 ) 进行掌子面前方的岩爆风险解除。另外， TBM 开挖对 围岩的扰动小， 适用于岩体质量好的浅埋隧洞或中等埋深隧洞 ； 对深埋隧洞而言， TBM 的小 扰动往往意味着增加潜在岩爆风险， 再加上 TBM 设备自身缺乏开展有效防治岩爆的措施， 两个方面的原因导致 TBM 应用于具有强岩爆风险的深埋隧洞时存在适应性的问题。因此一 些深埋长隧洞工程 ( 比如 隧洞 ) 在规划阶段即放弃了深埋段的 TBM 掘进而改用 钻爆法， 仅在岩爆风险较低的浅埋和中等埋深洞段采用 TBM 掘进 ； 或者有些深埋隧洞将存 在强岩爆风险的深埋洞段采用钻爆法开挖到位， 然后让 TBM 步进通过。
总体上， 上述两种技术方案本质上放弃了 TBM 设备在深埋洞段强岩爆洞段的掘 进， 降低了 TBM 的设备使用率、 延长了工期。 发明内容
本发明要解决的技术问题是 ： 针对上述存在的问题提供一种采用 TBM 进行深埋隧 洞掘进的岩爆防治方法， 对围岩进行预处理， 使其适合 TBM 掘进， 以达到降低或消除 TBM 在 强岩爆洞段掘进过程中的岩爆风险， 提高 TBM 的设备使用率， 加快工程进度的目的。
本发明所采用的技术方案是 ： 采用 TBM 进行深埋隧洞掘进的岩爆防治方法， 其特 征在于步骤如下 ：
a、 TBM 进入潜在强岩爆洞段前， 采用钻爆法在 TBM 掘进需经过的强岩爆洞段开挖 一条尺寸小于 TBM 开挖轮廓线的先导洞， 同时进行微震监测工作 ；
b、 对先导洞开挖过程中发生强岩爆的部位和微震监测显示存在潜在强岩爆风险 的部位进行应力解除法预处理。
开挖先导洞前， 从 TBM 已开挖洞段向侧面开挖一绕行洞至 TBM 掘进需经过的强岩 爆洞段， 作为先导洞开挖的辅助洞。
开挖先导洞前， 从与 TBM 已开挖洞段平行的隧洞开挖一横向施工支洞至 TBM 掘进需经过的强岩爆洞段， 作为先导洞开挖的辅助洞。
所述先导洞位于 TBM 开挖轮廓线的中部。
所述先导洞位于 TBM 开挖轮廓线的中上部。
所述先导洞的截面呈半圆形， 其顶拱部位完全位于 TBM 开挖轮廓线以外。
本发明的有益效果是 ： 本发明采用钻爆法在 TBM 掘进需经过的强岩爆洞段开挖一 条先导洞， 并对先导洞的局部洞段进行应力解除爆破， 将 TBM 掘进的岩爆风险转嫁给钻爆 法， 大大降低甚至是消除了 TBM 在强岩爆洞段二次扩挖过程中的岩爆风险， 使得 TBM 设备可 以安全、 快速地通过深埋强岩爆洞段， 从而提高了 TBM 的设备使用率， 加快了工程的施工进 度。 附图说明
图 1 是实施例 1 的平面图。 图 2 是本发明中先导洞位于 TBM 开挖轮廓线中部的截面图。 图 3 是本发明中先导洞位于 TBM 开挖轮廓线中上部的截面图。 图 4 是本发明中先导洞采用上半断面开挖方式的截面图。 图 5 是图 3 的 A-A 向剖视图。 图 6 是实施例 2 的平面图。具体实施方式
如图 1 所示， 本实施例深埋隧洞采用硬岩掘进机 (TBM) 独头掘进， 在确定采用先导 洞形式进行岩爆防治的方案后， 实际操作中的施工步骤如下 ：
a1、 当 TBM 掘进至潜在强岩爆洞段， 停止 TBM 掘进， 根据 TBM 设备本身开挖残缺断 面的适应性确定采取何种形式的先导洞 1。
b1、 从 TBM 已开挖洞段 4 向侧面开挖一绕行洞 2 至 TBM 掘进需经过的强岩爆洞段 ( 即位于 TBM 已开挖洞段前方的强岩爆洞段 )， 作为先导洞 1 开挖的辅助洞， 然后采用钻爆 法在 TBM 掘进需经过的强岩爆洞段开挖一条尺寸小于 TBM 开挖轮廓线的先导洞 1， 其长度需 要覆盖整个潜在强岩爆洞段， 同时在开挖过程中进行微震监测和地质素描工作， 并采取必 要的锚固措施 ； 开挖时可以采用如图 2- 图 4 所示的三种不同的开挖方式， 一般来说， 三种形 式的先导洞 1 均可以达到控制岩爆的效果， 其中图 2、 图 3 所示的先导洞 1 分别位于 TBM 开 挖轮廓线的中部和中上部， 此时需采用树脂锚杆对围岩进行加固， TBM 二次扩挖过程中刀盘 将开挖轮廓线以内的围岩和树脂锚杆全部挖除 ； 图 4 所示的上半断面开挖方式， 其截面呈 半圆形， 顶拱部位完全位于 TBM 开挖轮廓线以外， 因此顶拱部位可以采用普通螺纹钢锚杆 或其他形式的永久锚杆进行加固。本例中， 先导洞 1 采用图 3 所示的开挖方式， 即先导洞 1 位于 TBM 开挖轮廓线的中上部。
c1、 对先导洞 1 开挖过程中发生强岩爆的部位和微震监测显示存在潜在强岩爆风 险的部位进行应力解除爆破， 进一步消除 TBM 二次扩挖过程中的强岩爆风险应力解除爆破 孔 5 位于先导洞 1 的底部， 如图 5 所示。
完成上述步骤后， 该强岩爆洞段 TBM 二次扩挖的岩爆风险基本上被解除， 直接采 用 TBM 二次扩挖剩余的残缺断面， 充分发挥 TBM 在无岩爆风险条件下快速掘进的特点。实施例 2 ： 如图 6 所示， 本例工程布置多条平行隧洞同时掘进， 其施工步骤如下 ：
a2 ： 同实施例 1 中步骤 a1。
b2 ： 从与 TBM 已开挖洞段 4 平行的隧洞开挖一横向施工支洞 3 至 TBM 掘进需经过 的强岩爆洞段， 作为先导洞 1 开挖的辅助洞， 然后通过横向施工支洞 3 开挖一条尺寸小于 TBM 开挖轮廓线的先导洞 1 ； 开挖横向施工支洞 3 时， 需要从超前的隧洞向落后的隧洞前方 开挖。其余则与实施例 1 中步骤 b1 相同。
c2 ： 同实施例 1 中步骤 c1。
同样， 完成上述步骤后， 该强岩爆洞段 TBM 二次扩挖的岩爆风险基本上被解除， 直 接采用 TBM 二次扩挖剩余的残缺断面， 充分发挥 TBM 在无岩爆风险条件下快速掘进的特点。