高烈度岩爆的超前应力预释放控制爆破方法研究

Rock burst is a common form of disaster, which can affect the safe construction and operation of some major construction projects. It is a significant demand of our country to carry out the research on its mechanisms and explore the effective and practicable prevention methods. The best way to effectively weaken and prevent the rock burst, should be reducing rock stress and energy collection before large-scale excavation of unloading. The study on methods of controlled blasting stress pre-release for rock bursts of high intensity, which is using the techniques of controlled blasting to pre-release the stress of surrounding rock and reduce the level of energy collection before excavation of unloading in the region of high probability of rock burst for underground project, to reduce the harm of rock bursts of high intensity from the source and provide the basis for theoretical support for deep project management of high-intensity rock burst. The main contents of this project can be summarized as: carry out the research of mechanisms of controlled blasting for high-intensity rock burst, boundary effects and aging characteristics of pre-release loosened rock circles, propose the parametric design criteria for the controlled blasting of high-intensity rock burst, get a comprehensive summary of methods of controlled blasting stress pre-release for rock bursts prevention of high intensity.

岩爆是一种常见灾害形式，影响一些重大工程建设项目的安全施工和运营。开展其机理研究，探索有效可行的治理方法，是我国所面临的重大需求。有效减弱和防治岩爆的最佳途径，应为考虑在大规模开挖强卸荷之前，降低围岩应力和能量汇集。高烈度岩爆的超前应力预释放控制爆破方法研究，即是利用控制爆破技术，在地下工程中岩爆高发区段开挖卸荷前对围岩进行应力预释放，减弱能量汇聚等级，从根源上消减高烈度岩爆的危害，为深部工程高烈度岩爆的治理提供基础理论支持。本项目主要内容为：开展高烈度岩爆卸压控制爆破作用机理、预释放松动圈环的边界效应及时效特性研究，为高烈度岩爆卸压控制爆破提出参数设计准则，总结一套完善的治理高烈度岩爆的超前应力预释放控制爆破方法。

本课题针对深埋长大隧道中高地应力灾害频发的工程实际需求，以高烈度岩爆超前应力预释放卸压爆破作用机理研究为基础，结合数值模拟，选用合理的卸压控制爆破参数，包括炮孔直径、孔间排距、钻孔深度、炮孔角度等，并结合现场试验来探讨超前应力预释放卸压爆破的有效性和爆破参数的合理性。取得了如下研究成果：.（1）通过对围岩岩石物理力学性质、开挖条件等的数值模拟，得出岩石性质中抗压强度、弹性模量等因素对岩爆活动的影响更为显著，开挖尺寸、开挖方式、支护等因素，对岩爆烈度有一定的影响。同时认为卸压爆破超前应力释放法对于强烈岩爆防治是可行的。.（2）结合爆炸应力波指数衰减等理论，推导出卸压爆破残余应力的计算公式表达式，据此对卸压爆破后隧道壁的应力分布规律进行研究。理论分析结果与现场应力测试试验数据表现规律一致。.（3）采用数值模拟软件对在高地地应力条件下的围岩卸压爆破进行了模拟。根据高地应力卸压爆破实际情况，分析并确定了卸压爆破数值模拟的工艺参数，主要包括：炮孔直径、炮孔长度、炮孔间距、炮孔不耦合系数、起爆顺序等。利用正交实验法设计并确定了卸压爆破在多参数相互作用条件下的优化爆破方案，及卸压爆破在单因素变化条件下的优化爆破方案，并进了卸压爆破的模拟分析。.（4）以理论分析和数值模拟成果为基础，采用爆破最佳组合参数，在林拉铁路桑珠岭隧道某处开展了现场验证性卸压爆破试验。试验结果表明，爆破前最大主应力为30.7 MPa，爆破后最大主应力值为11.5 MPa，最大应力降低幅度达63%，爆破对最大主应力的降低起到了显著效果。按照陶振宇提出的岩爆分级标准，爆破卸压前属于围岩易发生中等岩爆，爆后围岩仅仅发生低岩爆甚至接近于无岩爆活动。采用推导的爆后残余应力公式计算围岩应力，并将之与现场试验数据对比分析，各方向应力值均很接近。这验证了本文提出的爆破残余应力计算公式的可靠性。