CN103134402B - 应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法。本发明的目的是控制岩爆，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。本发明的技术方案是：a、沿应力集中区一侧洞顶依次布置孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ，沿应力集中区一侧洞脚布置孔Ⅵ、孔Ⅶ和孔Ⅷ，以及中部的孔Ⅳ和孔Ⅴ；b、孔Ⅰ、孔Ⅱ和孔Ⅲ内，距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ全程装药；孔Ⅶ和孔Ⅷ内距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；c、首先起爆孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ、孔Ⅶ和孔Ⅷ内2.5-3m深度范围内的炸药，然后起爆0.5-1m深度范围内的炸药，最后爆破孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ，出渣；d、依次重复步骤a、b、c，直到开挖面完全通过整个应力集中区。本发明适用于应力斜向对称型深埋隧洞。

Description

应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法

技术领域

本发明涉及一种应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，主要适用于水利水电工程、交通、矿山等地下工程，特别适用于应力斜向对称型深埋隧洞。

背景技术

岩爆是地下工程开挖过程中，岩体中积累的势能或应变能的突然释放导致的围岩破坏，可导致人员伤亡、工作面或设备发生破坏，其基本特性是突然和剧烈。岩爆发生时，震动强烈，持续时间长，破坏范围大，成为控制工程施工安全、掘进进度、乃至成败的关键因素。在地下洞室的开挖中，常常会碰到应力分布呈现一种以洞室中心为原点的斜向对称特征，即应力集中方向与洞轴线呈现一定夹角，破坏面往往沿着应力集中区的洞顶和洞角延伸，可使一侧的洞顶和另一侧的洞角围岩大片爆裂脱落，造成局部洞顶坍塌和洞角的开裂。若采用传统的爆破开挖法，往往需要平均布置9个或者更多的钻孔，一方面浪费人力和物力，另一方面使用的炸药量也较多，容易对开挖的洞室造成意外的伤害，若布置不当，不但不会消除岩爆，反而会引起岩爆，对整个工程造成不可逆转的破坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决深埋隧洞（隧道、巷道）掘进过程中的应力斜向对称型岩爆问题提供一种应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，以较为节省的成本改变岩体性状，降低或消除能量积累程度，以达到控制岩爆的目的，解决强岩爆造成的施工安全和施工进度问题。

本发明所采用的技术方案是：应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，其特征在于其步骤如下：

a、在开挖面上钻设一组爆破孔，包括沿应力集中区一侧洞顶依次布置的孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ，沿应力集中区一侧洞脚、呈直角三角形布置的孔Ⅵ、孔Ⅶ和孔Ⅷ，以及位于开挖面中部的孔Ⅳ和孔Ⅴ；所述孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ距洞顶0.7m，上倾5度，孔深3m；孔Ⅳ水平并向远离孔Ⅲ一侧洞壁偏转45度，孔深3m；孔Ⅴ和孔Ⅵ水平并向另一侧洞壁偏转45度，孔深3m，其中孔Ⅵ距洞底0.8m；孔Ⅶ距洞壁0.8m，下倾10度，孔深3m；孔Ⅷ距洞壁和洞底均为0.8m，下倾5度，孔深3m；

b、孔Ⅰ、孔Ⅱ和孔Ⅲ内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ全程装药；孔Ⅶ和孔Ⅷ内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；总体爆破强度为0.04kg/T；

c、首先起爆孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ、孔Ⅶ和孔Ⅷ内2.5-3m深度范围内的炸药，然后起爆0.5-1m深度范围内的炸药，最后爆破孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ，出渣；

d、依次重复步骤a、b、c，直到开挖面完全通过整个应力集中区。

所述步骤c中，孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ、孔Ⅶ和孔Ⅷ内两段炸药起爆的时间间隔为0.5秒。

所述步骤c中，孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ、孔Ⅶ和孔Ⅷ爆破完成后，间隔5秒再进行孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ的爆破。

所述孔Ⅰ、孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ沿隧洞竖向轴线自上而下依次布置；孔Ⅲ、孔Ⅳ和洞顶洞壁连接点位于同一水平面上；孔Ⅴ和孔Ⅶ位于同一水平面上。

本发明的有益效果是：本发明在深埋隧洞应力集中区通过钻孔、合理布置爆破孔及其方向、起爆顺序的控制等一系列有序的工作方法，采用短进尺、多循环的爆破方式改变岩体性状，消除或降低了岩体中能量积累水平，大大改善了施工安全（包括人员和设备安全）；同时在保证有效掘进进度的前提下，减少了钻孔数量及炸药的使用量，从而降低了施工成本。

附图说明

图1是本发明的平面图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实施例在深埋隧洞应力集中区通过钻孔、合理布置爆破孔及其方向、起爆顺序的控制等一系列有序的工作方法，以较少的成本改变岩体，尤其是洞顶应力集中区岩体的性状，实现消除或降低能量积累程度的效果，以消除或降低应力集中区岩爆能量的方式达到控制岩爆目的。

下面以北西-南东方向对称应力分布条件下，对爆破方案做以下布置（北东-南西方向只需将钻孔以中轴线为对称轴，将爆破孔换位即可）：

a、在开挖面上钻设一组爆破孔，并保证各爆破孔均布置在对称的应力集中区内，孔深以达到或穿过应力集中区为原则；爆破孔数目、孔径大小和装药量以最大程度弱化岩体、不过分损伤岩体造成支护工作量的增加为原则，同时需要考虑潜在岩爆强度和现场支护有效性。本例中所述爆破孔包括沿应力集中区一侧洞顶（图2的西北角）自上而下依次布置的孔Ⅰ1、孔Ⅱ2、孔Ⅲ3，沿应力集中区一侧洞脚（图2的东南角）、呈直角三角形布置的孔Ⅵ6、孔Ⅶ7和孔Ⅷ8，以及位于开挖面中部的孔Ⅳ4和孔Ⅴ5；其中孔Ⅰ1、孔Ⅳ4、孔Ⅴ5和孔Ⅵ6沿隧洞9（其横截面呈城门洞形）竖向轴线自上而下依次布置；孔Ⅲ3、孔Ⅳ4和洞顶洞壁连接点位于同一水平面上；孔Ⅴ5和孔Ⅶ7位于同一水平面上；孔Ⅵ6和孔Ⅷ8位于同一水平面上；孔Ⅶ7和孔Ⅷ8位于同一竖直面上。

由于应力解除的重点是两个应力集中区，因此该部位钻孔距离洞壁的最短距离原则上应在0.8m以内。所述孔Ⅰ1、孔Ⅱ2、孔Ⅲ3距洞顶0.7m，向洞顶倾斜，上倾5度左右，孔深约为3m；孔Ⅳ4水平并向远离孔Ⅲ3一侧洞壁偏转45度（同一水平面无孔的一侧，图2中为向右侧偏转），孔深约为3m；孔Ⅴ5和孔Ⅵ6水平并向另一侧洞壁偏转45度，孔深约为3m，其中孔Ⅵ6距洞底0.8m；孔Ⅶ7距与之较近的一侧洞壁0.8m，方向指向洞底，下倾10度，孔深约为3m；孔Ⅷ8距洞底和与之较近的一侧洞壁均为0.8m，方向指向洞底，下倾5度，孔深约为3m。

b、孔Ⅰ1、孔Ⅱ2和孔Ⅲ3内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；孔Ⅳ4、孔Ⅴ5和孔Ⅵ6全程装药；孔Ⅶ7和孔Ⅷ8内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；总体爆破强度按0.04kg/T考虑，该数字代表了爆破装药量与解除范围内岩体重量之比，设计时可先不考虑炸药类型的影响。

c、首先起爆孔Ⅰ1、孔Ⅱ2、孔Ⅲ3、孔Ⅶ7和孔Ⅷ8内2.5-3m深度范围内的炸药，间隔0.5秒后，再起爆0.5-1m深度范围内的炸药，间隔5秒左右，爆破孔Ⅳ4、孔Ⅴ5和孔Ⅵ6，出渣；

d、依次重复步骤a、b、c，直到开挖面完全通过整个应力集中区。 

Claims (4)

1.一种应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，其特征在于其步骤如下：

a、在开挖面上钻设一组爆破孔，包括沿应力集中区一侧洞顶自上而下依次布置的孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）、孔Ⅲ（3），沿应力集中区一侧洞脚、呈直角三角形布置的孔Ⅵ（6）、孔Ⅶ（7）和孔Ⅷ（8），以及位于开挖面中部的孔Ⅳ（4）和孔Ⅴ（5）；所述孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）、孔Ⅲ（3）距洞顶0.7m，上倾5度，孔深3m；孔Ⅳ（4）水平并向远离孔Ⅲ（3）一侧洞壁偏转45度，孔深3m；孔Ⅴ（5）和孔Ⅵ（6）水平并向另一侧洞壁偏转45度，孔深3m，其中孔Ⅵ（6）距洞底0.8m；孔Ⅶ（7）距洞壁0.8m，下倾10度，孔深3m；孔Ⅷ（8）距洞壁和洞底均为0.8m，下倾5度，孔深3m；

b、孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）和孔Ⅲ（3）内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；孔Ⅳ（4）、孔Ⅴ（5）和孔Ⅵ（6）全程装药；孔Ⅶ（7）和孔Ⅷ（8）内，分别在距孔口0.5-1m、2.5-3m深度范围装药；总体爆破强度为0.04kg/T；

c、首先起爆孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）、孔Ⅲ（3）、孔Ⅶ（7）和孔Ⅷ（8）内2.5-3m深度范围内的炸药，然后起爆0.5-1m深度范围内的炸药，最后爆破孔Ⅳ（4）、孔Ⅴ（5）和孔Ⅵ（6），出渣；

d、依次重复步骤a、b、c，直到开挖面完全通过整个应力集中区。

2.根据权利要求1所述的应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，其特征在于：所述步骤c中，孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）、孔Ⅲ（3）、孔Ⅶ（7）和孔Ⅷ（8）内两段炸药起爆的时间间隔为0.5秒。

3.根据权利要求1或2所述的应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，其特征在于：所述步骤c中，孔Ⅰ（1）、孔Ⅱ（2）、孔Ⅲ（3）、孔Ⅶ（7）和孔Ⅷ（8）爆破完成后，间隔5秒再进行孔Ⅳ（4）、孔Ⅴ（5）和孔Ⅵ（6）的爆破。

4.根据权利要求1或2所述的应力斜向对称型深埋隧洞岩爆解除分时爆破法，其特征在于：所述孔Ⅰ（1）、孔Ⅳ（4）、孔Ⅴ（5）和孔Ⅵ（6）沿隧洞（9）竖向轴线自上而下依次布置；孔Ⅲ（3）、孔Ⅳ（4）和洞顶洞壁连接点位于同一水平面上；孔Ⅴ（5）和孔Ⅶ（7）位于同一水平面上。