一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法
技术领域
1.本发明涉及全断面岩石隧道掘进机(tbm)法隧道施工技术领域，具体涉及一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法。
背景技术：
2.目前，tbm已在长大隧道施工中得到了广泛应用，但高地应力硬岩地层岩爆灾害时有发生，强岩爆导致设备与支护结构损坏，甚至机毁人亡，导致tbm停机延误工期，严重制约tbm施工安全。建立有效的岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法是解决上述难题有效措施，然而目前尚无完备的针对高地应力硬岩岩爆地层的tbm施工防控技术，主要存在以下不足：
3.(1)缺乏岩爆风险等级定量评价方法，tbm施工中往往发生岩爆后才被动采取措施；
4.(2)针对不同风险等级的岩爆，缺乏完备的应对措施，依赖于经验进行围岩加固与支护，缺乏系统的理论指导，难以及时有效防控岩爆灾害，安全事故时有发生。
技术实现要素：
5.针对高地应力岩爆地层导致tbm难以穿越的问题，本发明提供了一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.设计一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，包括下列步骤：
8.s1、利用微震监测系统获取隧道岩体内部微震事件能级参数，包括微震事件发生频次、能级、超标微震事件范围、超标微震事件数量；
9.s2、根据步骤s1监测所得的参数，将岩爆灾害风险等级进行分级，针对不同的风险等级，分别采用步骤s3、s4、s5中不同的分级防控方法进行施工；
10.所述岩爆灾害风险等级的分级标准见下表1：
11.表1岩爆灾害风险等级分级标准
[0012][0013]
s3、当岩爆灾害风险等级为极强岩爆时，采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量，降低岩爆风险等级；
[0014]
s4、当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆时，采用加强型护盾抵抗岩爆冲击，采用护盾尾部支护钢管片承受爆落岩块重量；
[0015]
s5、当岩爆灾害风险等级为中等及以下岩爆时，采用护盾尾部钢筋排与钢拱架联
合支护抵抗岩爆冲击与承受爆落岩块重量。
[0016]
优选的，步骤s3中，采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量后，再次采用微震监测系统对隧道岩体内部微震事件能级参数进行测试，若岩体微震事件能级参数未能从极强岩爆降低到强烈岩爆范围，则继续实施超前钻孔释放岩体能量，直到岩爆风险降级后tbm才能继续掘进。
[0017]
超前钻孔释放能量之后，需要再通过微震监测确认岩爆等级是否已经降低，如果没有降低，则需要继续钻孔释能，直到岩爆等级从极强岩爆降低到强烈岩爆以后tbm才能掘进，否则tbm直接掘进极强岩爆围岩可能造成机毁人亡。
[0018]
在现有技术中，是通过刀盘预留孔位采用机械式钻杆伸到刀盘前面掌子面进行超前钻孔释放岩体能量，最大的弊端是卡杆或者断杆之后，遗留在岩体中的钻杆导致tbm无法掘进，因此一般也不敢采用这种方式在隧道开挖范围内进行超前释能；本发明采用高压水钻进行超前钻孔释能，其优势是利用高压水射流钻孔，不仅钻孔效率高，而且可以避免上述卡钻杆的问题。
[0019]
优选的，步骤s4中，当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆或由极强岩爆降级为强烈岩爆时，具体施工方法包括：通过降低tbm掘进进尺确保围岩开挖后24h内发生的岩爆均发生在tbm护盾范围内，采用加强型设计的护盾抵抗岩爆发生时的冲击；护盾尾部连续拼装封闭的钢管片(钢管片与护盾有重叠区域)，tbm向前掘进后爆落的岩块脱出护盾后由钢管片承受岩块重量。
[0020]
优选的，步骤s5中，当所述岩爆灾害风险等级为中等及以下岩爆时，具体施工方法包括：存储在护盾夹层内的钢筋排随着tbm向前掘进被抽出，并与护盾尾部拼接成环的钢拱架焊接形成支护结构，利用该支护结构来抵抗相对较弱的岩爆冲击和重量较轻的爆落岩块重量。
[0021]
本发明的有益效果在于：
[0022]
本发明能够根据不同的岩爆风险等级采用有效措施进行岩爆防控，既能在强烈及以上岩爆等级时，保证tbm隧道施工安全；又能在中等及以下岩爆等级时，实现tbm高效掘进。通过本发明的实施，可突破以往强岩爆地层tbm无法穿越的技术瓶颈，使高地应力硬岩岩爆地层隧道施工更安全可靠。
附图说明
[0023]
图1为本发明所提供的岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法的总体流程图；
[0024]
图2为极强岩爆时超前钻孔应力释放示意图；
[0025]
图3为强烈岩爆时紧跟护盾尾部的钢管片支护示意图；
[0026]
图4为中等及以下岩爆钢筋排与钢拱架联合支护示意图。
[0027]
图中标号：1护盾、2钢筋排、3锚杆、4钢拱架
具体实施方式
[0028]
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
[0029]
实施例1：一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，包括下列步骤：
[0030]
s1、利用微震监测系统获取隧道岩体内部微震事件能级参数，包括微震事件发生频次、能级、超标微震事件范围、超标微震事件数量。
[0031]
s2、根据步骤s1监测所得的参数，将岩爆灾害风险等级进行分级，针对不同的风险等级，分别采用步骤s3、s4、s5中不同的分级防控方法进行施工。
[0032]
当隧道岩体微震事件能级＞80万焦时，评定为极强岩爆；当岩体微震事件能级为10～80万焦时，评定为强烈岩爆；当岩体微震事件能级＜10万焦时，评定为中等以下岩爆；具体的分级标准见上表1。
[0033]
s3、当岩爆灾害风险等级为极强岩爆时，采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量，降低岩爆风险等级；采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量后，再次采用微震监测系统对隧道岩体内部微震事件能级参数进行测试，若岩体微震事件能级参数未能从极强岩爆降低到强烈岩爆范围，则继续实施超前钻孔释放岩体能量，直到岩爆风险降级后tbm才能继续掘进。
[0034]
s4、当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆时，采用加强型护盾抵抗岩爆冲击，采用护盾尾部支护钢管片承受爆落岩块重量；
[0035]
当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆或由极强岩爆降级为强烈岩爆时，具体施工方法包括：通过降低tbm掘进进尺确保围岩开挖后24h内发生的岩爆均发生在tbm护盾范围内，采用加强型设计的护盾抵抗岩爆发生时的冲击；护盾尾部连续拼装封闭的钢管片，tbm向前掘进后爆落的岩块脱出护盾后由钢管片承受岩块重量。
[0036]
s5、当岩爆灾害风险等级为中等及以下岩爆时，采用护盾尾部钢筋排与钢拱架联合支护抵抗岩爆冲击与承受爆落岩块重量。具体施工方法包括：存储在护盾夹层内的钢筋排随着tbm向前掘进被抽出，并与护盾尾部拼接成环的钢拱架焊接形成支护结构，利用该支护结构来抵抗相对较弱的岩爆冲击和重量较轻的爆落岩块重量。
[0037]
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。技术特征：
1.一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，其特征在于，包括下列步骤：s1、利用微震监测系统获取隧道岩体内部微震事件能级参数，包括微震事件发生频次、能级、超标微震事件范围、超标微震事件数量；s2、根据步骤s1监测所得的参数，将岩爆灾害风险等级进行分级，针对不同的风险等级，分别采用步骤s3、s4、s5中不同的分级防控方法进行施工；所述岩爆灾害风险等级的分级标准见下表1：表1岩爆灾害风险等级分级标准s3、当岩爆灾害风险等级为极强岩爆时，采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量，降低岩爆风险等级；s4、当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆时，采用加强型护盾抵抗岩爆冲击，采用护盾尾部支护钢管片承受爆落岩块重量；s5、当岩爆灾害风险等级为中等及以下岩爆时，采用护盾尾部钢筋排与钢拱架联合支护抵抗岩爆冲击与承受爆落岩块重量。2.根据权利要求1所述的岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，其特征在于，步骤s3中，采用高压水钻超前钻孔释放岩体能量后，再次采用微震监测系统对隧道岩体内部微震事件能级参数进行测试，若岩体微震事件能级参数未能从极强岩爆降低到强烈岩爆范围，则继续实施超前钻孔释放岩体能量，直到岩爆风险降级后tbm才能继续掘进。3.根据权利要求1所述的岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，其特征在于，步骤s4中，当岩爆灾害风险等级为强烈岩爆或由极强岩爆降级为强烈岩爆时，具体施工方法包括：通过降低tbm掘进进尺确保围岩开挖后24h内发生的岩爆均发生在tbm护盾范围内，采用加强型设计的护盾抵抗岩爆发生时的冲击；护盾尾部连续拼装封闭的钢管片，tbm向前掘进后爆落的岩块脱出护盾后由钢管片承受岩块重量。4.根据权利要求1所述的一种岩爆地层tbm法隧道施工的分级防控方法，其特征在于，步骤s5中，当所述岩爆灾害风险等级为中等及以下岩爆时，具体施工方法包括：存储在护盾夹层内的钢筋排随着tbm向前掘进被抽出，并与护盾尾部拼接成环的钢拱架焊接形成支护结构，利用该支护结构来抵抗相对较弱的岩爆冲击和重量较轻的爆落岩块重量。
技术总结
本发明涉及一种岩爆地层TBM法隧道施工的分级防控方法，包括：利用微震监测获取隧道岩体微震事件能级参数，评估岩爆灾害风险等级；根据岩爆灾害风险等级，TBM法隧道施工采用不同的分级防控方法。本发明能够准确地评估隧道前方岩爆风险等级，便于施工现场根据岩爆风险等级采用有效的防控方法，克服了措施不当导致TBM设备与支护破坏甚至机毁人亡的难题，有利于高地应力岩爆地层TBM安全施工。于高地应力岩爆地层TBM安全施工。于高地应力岩爆地层TBM安全施工。
技术研发人员：杨延栋 曾垂刚 周建军 何晓勇 游元明 卢高明 夏明 米迪 张理蒙 潘东江 李帅远 范文超 李宏波
受保护的技术使用者：盾构及掘进技术国家重点实验室 中铁开发投资集团有限公司
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/3/1
声明：
“岩爆地层TBM法隧道施工的分级防控方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：盾构及掘进技术国家重点实验室中铁开发投资集团有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
