CN104180733B - 紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是：在既有构筑物的既有结构底板的下方，朝向深度方向将爆破作业面依次划分区域为：金属膨胀爆破区、乳化炸药掏槽区和乳化炸药爆破区。实施本发明综合减震方法，可以保证在硬岩地层中紧贴既有地下构筑物进行开挖时爆破振振速符合要求、爆破冲击波不对其产生破坏，且保证工程进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合控制爆破方法，更具体地说针对紧贴既有构筑物下硬岩地层中施工隧道实施的混合爆破综合减振方法，是为了降低爆破振动和爆破冲击波对地下既有结构物的损害。
背景技术
随着我国经济的发展，城市化进程的加快，我国大城市土地资源日趋紧缺，开发地下空间是必然选择，地下空间开发朝立体交叉方向发展。在既有地下构筑物下再进行地下空间开发越来越普遍，当既有地下构筑物下建设新构筑物时需进行爆破作业，如何避免爆破振动和爆破冲击波对既有构筑物的损害、加快工程进度，是在既有地下构筑物下进行地下空间再开发亟待解决的一项重要课题。
青岛作为重要的旅游城市，地下空间开发也越来越多，地下空间立体交叉也经常性发生，而青岛繁华的老城区地表土层浅、地下岩层主要为弱风化的硬质花岗岩，在花岗岩岩层进行爆破作业时，炸药单耗大、爆破产生的震动和冲击波作用明显。由中铁四局承建的青岛地铁3号线一期工程1标段青岛站西端暗挖段紧贴已完工的地铁2号线和地下商场底板，在进行爆破施工时必须控制爆破振动和爆破冲击波的有害效应，保证地铁2号线和地下商场的安全。
按已有的设计，该段范围爆破振速需要控制在1.5cm/s以内，但实际施工中无法达到，根据专家论证的结果，对青岛地铁3号线青岛站站西端暗挖下穿既有2号线及地下商场，爆破振速控制在4.0cm/s以内可以保证混凝土结构安全。但是，由于西端暗挖为车站、平顶暗挖结构，紧贴既有2号线及地下商场底板，采用一般炸药施工时爆破振速仍然达不到要求，且当既有构筑物距离钻爆孔过近时，爆破冲击波同样会破坏既有构筑物；虽然可以采用岩石金属膨胀剂进行静态爆破，但静态爆破金属膨胀剂在十多个小时后才开始发挥作用，其循环时间长、费用相当高，难以实际应用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，以保证在硬岩地层中紧贴既有地下构筑物进行开挖时爆破振振速符合要求、爆破冲击波不对其产生破坏，且保证工程进度。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法的特点是：在既有构筑物的既有结构底板的下方，朝向深度方向将爆破作业面依次划分区域为：金属膨胀爆破区、乳化炸药掏槽区和乳化炸药爆破区。
本发明紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法的特点也在于：
所述金属膨胀爆破区是处在距既有结构底板以下的3m深度范围之内；所述乳化炸药掏槽区是处在距金属膨胀爆破区以下的1m深度范围之内；所述乳化炸药爆破区是处在距乳化炸药掏槽区以下的4m深度范围之内。
在距所述既有结构底板下方的150mm位置处形成有一排与所述既有结构底板相平行的隔振孔，所述隔振孔的间距为150mm、孔径为50mm、孔深为1500mm。
对于所述金属膨胀爆破区是在全断面一次打孔完成后按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，设置一次串联起爆的金属膨胀剂的支数不大于五；所述乳化炸药掏槽区和乳化炸药爆破区的单响药量不大于0.15kg。
所述分层和分次的起爆顺序是指：对于形成在金属膨胀爆破区的全断面上的炮孔，按自底层向顶层的逐层起爆顺序，并在每层炮孔中按先中间后一侧再另一侧的逐次起爆顺序。
本发明紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法的特点是按如下步骤作业：
步骤1、在金属膨胀爆破区的全断面上自上而下钻孔形成与既有结构底板相平行的金属膨胀爆破区炮孔；
步骤2：在乳化炸药掏槽区中一次钻孔分别形成掏槽区炮眼和掏槽区中空孔；随后按自中心向两侧依次实施爆破的方式形成乳化炸药掏槽区；
步骤3，在金属膨胀剂爆破区中，针对已形成的金属膨胀爆破区炮孔按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，形成金属膨胀剂爆破区；
步骤4，按常规方式实施乳化炸药爆破区的爆破施工。
本发明紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法的特点还在于：所述步骤2中按自中心向两侧依次实施爆破的方式形成乳化炸药掏槽区是按如下过程进行：
第1次爆破：在乳化炸药掏槽区的中部围绕掏槽区中空孔逐孔微差起爆，形成中部掏槽区；
第2次爆破，向所述中部掏槽区的两侧进行首次扩槽爆破，首次扩槽爆破是自中部掏槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于中部掏槽区两侧的第一道扩槽区；
第3次爆破，继续向所述第一道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第一道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于第一道扩槽区外侧的第二道扩槽区；
第4次爆破，继续向所述第二道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第二道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧利用导爆管逐孔起爆，实现逐孔微差爆破，形成位于第二道扩槽区外侧的第三道扩槽区；
对于经过第1次至第4次爆破所形成的临空面，通过两次掘进，每次掘进0.5m，形成深度为1m的乳化炸药掏槽区。
本发明混合爆破综合减震方法，将爆破振动速度可靠控制在4.0cm/s以内，有效避免爆破冲击波的破坏作用，与已有技术相比，本发明效果体现在：
1、本发明将同一爆破作业面分为金属膨胀剂爆破区和乳化炸药爆破区，对同一作业面采用不同的爆破方式。金属膨胀剂爆破震动小，靠近既有构筑物进行爆破；乳化炸药爆破震动大，离既有构筑物3m以外的区域进行爆破，经理论计算和现场试验，乳化炸药在单响药量控制在0.15kg的情况下，硬质花岗岩距爆点中心3m以外爆破振速在4.0cm/s以内，满足振速控制要求。
2、本发明靠近既有构筑物密布隔振孔，可以有效吸收爆破震动和爆破冲击波能量，实现爆破隔振和阻隔冲击波。
3、本发明中乳化炸药掏槽区在进行掏槽时分四次实施爆破，控制每次爆破均为逐孔起爆，有效控制了单响药量。
4、本发明首先实施乳化炸药掏槽区的爆破，并由此在金属膨胀剂爆破区的底部形成临空面，随后在对金属膨胀剂爆破区实施爆破时，极大地减小了对靠近既有结构物方向岩体的破坏，从而减少对既有结构物的破坏。
5、本发明对于金属膨胀爆破区是在全断面一次打孔完成后按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，一方面，全断面上一次打孔完成避免了多次打孔并且每次打孔必要的准备和除拆工作的耗时耗力，有效提高工效；另一方面，分层分次起爆有效控制了爆破振动。
附图说明
图1为本发明中划分区域示意图；
图2为本发明中隔振孔示意图；
图3为本发明中炮孔布置总图；
图4为本发明中乳化炸药掏槽区形成临空面示意图；
图5为本发明中金属膨胀爆破区爆破网分层分块爆破示意图；
图中标号：1金属膨胀爆破区，2乳化炸药掏槽区，3乳化炸药爆破区，4既有结构底板，5隔振孔，6金属膨胀爆破区炮孔，7掏槽区炮眼，8掏槽区中空孔，9岩体。
具体实施方式
参见图1、图2、图3和图4，本实施例中紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的划分区域是：在既有构筑物的既有结构底板4的下方，朝向深度方向将爆破作业面依次划分区域为：金属膨胀爆破区1、乳化炸药掏槽区2和乳化炸药爆破区3。
其中，金属膨胀爆破区1是处在距既有结构底板4以下3m的深度范围之内；乳化炸药掏槽区2是处在距金属膨胀爆破区1以下1m的深度范围之内；乳化炸药爆破区3是处在距乳化炸药掏槽区2以下4m的深度范围之内。
图2所示，本实施例中在距既有结构底板4下方的150mm位置处形成有一排与既有结构底板4相平行的隔振孔5，隔振孔5的间距为150mm、孔径为50mm、孔深为1500mm，以隔振孔5进行爆破隔振和吸收金属膨胀剂爆破时的爆破冲击波能量，进一步避免爆破对既有构筑物的破坏。
本实施例中紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法是在既有构筑物的既有结构底板4的下方，朝向深度方向将爆破作业面依次划分区域为：金属膨胀爆破区1、乳化炸药掏槽区2和乳化炸药爆破区3；其中，金属膨胀爆破区1是处在距既有结构底板4以下的3m深度范围之内；所述乳化炸药掏槽区2是处在距金属膨胀爆破区1以下的1m深度范围之内；所述乳化炸药爆破区3是处在距乳化炸药掏槽区2以下的4m深度范围之内；在距既有结构底板4下方的150mm位置处形成有一排与所述既有结构底板4相平行的隔振孔5，所述隔振孔5的间距为150mm、孔径为50mm、孔深为1500mm。
具体实施中，对于金属膨胀爆破区1是在全断面一次打孔完成后按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，分层和分次的起爆顺序是指：对于形成在金属膨胀爆破区的全断面上的炮孔，按自底层向顶层的逐层起爆顺序，并在每层炮孔中按先中间后一侧再另一侧的逐次起爆顺序，图5所示为金属膨胀爆破区中全断面炮孔分布，图5中标定了起爆顺序依次为第1次、第2次、第3次…第23次、第24次。
为了控制振动，设置一次串联起爆的金属膨胀剂的支数不大于五；乳化炸药掏槽区2和乳化炸药爆破区3的单响药量不大于0.15kg。
参见图3和图4，本实施例中紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法是按如下步骤作业：
步骤1、图3所示，在金属膨胀爆破区1的全断面上自上而下钻孔形成与既有结构底板4相平行的金属膨胀爆破区炮孔6，金属膨胀爆破区炮孔6的深度为1.0-1.1m。
步骤2：在乳化炸药掏槽区2中一次钻孔分别形成掏槽区炮眼7和掏槽区中空孔8，随后按自中心向两侧依次实施爆破的方式形成乳化炸药掏槽区2。
掏槽区中空孔8位于乳化炸药掏槽区2的中部，共有四只，分别在矩形的四个顶点位置上，掏槽区中空孔8的孔径为130mm、相邻的掏槽区中空孔8之间的间距为600mm。在四只掏槽区中空孔8所围成的矩形区域中呈梅花状分布五只掏槽区炮眼，其它分置在掏槽区中空孔8的周边的各掏槽区炮眼的孔距和排距均为300mm，掏槽区炮眼的孔径为40mm，孔深为600mm，单孔药量为0.15kg。
具体实施按如下过程进行：
第1次爆破：在乳化炸药掏槽区2的中部围绕掏槽区中空孔8逐孔微差起爆，形成中部掏槽区。第1次爆破包括位于掏槽区中空孔8区域内的呈梅花状分布的五只掏槽区爆破孔和分处在掏槽区中空孔8外围的十二个掏槽区爆破孔，使用导爆管逐孔引爆。
第2次爆破，向所述中部掏槽区的两侧进行首次扩槽爆破，首次扩槽爆破是自中部掏槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于中部掏槽区两侧的第一道扩槽区。
第3次爆破，继续向所述第一道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第一道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于第一道扩槽区外侧的第二道扩槽区。
第4次爆破，继续向所述第二道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第二道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧利用导爆管逐孔起爆，实现逐孔微差爆破，形成位于第二道扩槽区外侧的第三道扩槽区。
对于经过第1次至第4次爆破所形成的临空面，通过两次掘进，每次掘进0.5m，形成深度为1m的乳化炸药掏槽区2。
步骤3，在金属膨胀剂爆破区1中，针对已形成的金属膨胀爆破区炮孔6按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，形成金属膨胀剂爆破区1。
如图5所示，本实施例在金属膨胀剂爆破区1中共布置八层金属膨胀爆破区炮孔6，相邻金属膨胀爆破区炮孔的间距为400mm，各层间的间距为500mm，金属膨胀爆破区炮孔的孔径为50mm，孔深为1m；每孔装金属膨胀剂一支，每次最多爆破五支；首先对底层中间五孔实施第1次爆破，随后向底层的一侧进行第2爆破，再向底层的另一侧进行第3次爆破；此后依层向上，逐层剥离完毕，形成金属膨胀剂爆破区1。
步骤4，按常规方式实施乳化炸药爆破区3的爆破施工。
具体实施中，可以按金属膨胀爆破区炮孔6的深度将位于既有结构底板4以下的岩体9分区，依次在各区中实施步骤一至步骤五，完成岩体9中金属膨胀爆破区1和乳化炸药掏槽区2的施工，随后再按常规方式实施乳化炸药爆破区3的施工。
图3中，ms1、ms3、ms5、ms6、ms7、ms8、ms9、ms10、ms11、ms12、ms13、ms14、ms15、ms16、ms17、ms18、ms19、ms20分别表示为雷管段别，其中ms1表示为1段非电毫秒雷管，ms3表示为3段非电毫秒雷管，其余依次类推。
本实施例中在硬岩地层中进行开挖时，靠近构筑物采用金属膨胀剂爆破，在减少爆破震动对构筑物破坏的同时，比一般静态膨胀剂爆破相比，爆破时间大为缩短，极大提高了工效；在金属膨胀爆破区之外，采用乳化炸药进行掏槽爆破，掏槽形成的临空面供金属膨胀剂从构筑物外围逐渐靠近构筑物对岩体进行爆破剥离，使得金属膨胀剂爆破震动及爆破冲击波破坏主要作用于靠近临空面岩体，减少对构筑物破坏，同时乳化炸药掏槽区的爆破分层分次进行，实现逐孔爆破，通过控制一次起爆药量，将到构筑物处的爆破振动控制在安全范围以内；在临近构筑物处设置密布的隔震孔，吸收了爆破震动和爆破冲击波能量，减少爆破震动及爆破冲击波对构筑物的破坏。本发明方法尤其适用于硬岩地层中靠近构筑物的地下开挖。
Claims (6)
1.一种紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，是在既有构筑物的既有结构底板(4)的下方，朝向深度方向将爆破作业面依次划分区域为：金属膨胀爆破区(1)、乳化炸药掏槽区(2)和乳化炸药爆破区(3)；其特征是：所述金属膨胀爆破区(1)是处在距既有结构底板(4)以下的3m深度范围之内；所述乳化炸药掏槽区(2)是处在距金属膨胀爆破区(1)以下的1m深度范围之内；所述乳化炸药爆破区(3)是处在距乳化炸药掏槽区(2)以下的4m深度范围之内。
2.根据权利要求1所述的紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是：在距所述既有结构底板(4)下方的150mm位置处形成有一排与所述既有结构底板(4)相平行的隔振孔(5)，所述隔振孔(5)的间距为150mm、孔径为50mm、孔深为1500mm。
3.根据权利要求1所述的紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是：对于所述金属膨胀爆破区(1)是在全断面一次打孔完成后按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，设置一次串联起爆的金属膨胀剂的支数不大于五；所述乳化炸药掏槽区(2)和乳化炸药爆破区(3)的单响药量不大于0.15kg。
4.根据权利要求3所述的紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是：所述分层和分次的起爆顺序是指：对于形成在金属膨胀爆破区的全断面上的炮孔，按自底层向顶层的逐层起爆顺序，并在每层炮孔中按先中间后一侧再另一侧的逐次起爆顺序。
5.根据权利要求3所述的紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是按如下步骤作业：
步骤1、在金属膨胀爆破区(1)的全断面上自上而下钻孔形成与既有结构底板(4)相平行的金属膨胀爆破区炮孔(6)；
步骤2：在乳化炸药掏槽区(2)中一次钻孔分别形成掏槽区炮眼(7)和掏槽区中空孔(8)；随后按自中心向两侧依次实施爆破的方式形成乳化炸药掏槽区(2)；
步骤3，在金属膨胀剂爆破区(1)中，针对已形成的金属膨胀爆破区炮孔(6)按分层和分次的起爆顺序进行装药起爆，形成金属膨胀剂爆破区(1)；
步骤4，按常规方式实施乳化炸药爆破区(3)的爆破施工。
6.根据权利要求5所述的紧贴地下既有构筑物硬岩隧道混合爆破的综合减震方法，其特征是：所述步骤2中按自中心向两侧依次实施爆破的方式形成乳化炸药掏槽区(2)是按如下过程进行：
第1次爆破：在乳化炸药掏槽区(2)的中部围绕掏槽区中空孔(8)逐孔微差起爆，形成中部掏槽区；
第2次爆破，向所述中部掏槽区的两侧进行首次扩槽爆破，首次扩槽爆破是自中部掏槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于中部掏槽区两侧的第一道扩槽区；
第3次爆破，继续向所述第一道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第一道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧进行逐孔微差爆破，形成位于第一道扩槽区外侧的第二道扩槽区；
第4次爆破，继续向所述第二道扩槽区的两侧进行扩槽爆破，是自第二道扩槽区形成的临空面逐渐向两侧利用导爆管逐孔起爆，实现逐孔微差爆破，形成位于第二道扩槽区外侧的第三道扩槽区；
对于经过第1次至第4次爆破所形成的临空面，通过两次掘进，每次掘进0.5m，形成深度为1m的乳化炸药掏槽区(2)。
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