CN104457466A - 一种隧道明挖段的爆破方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隧道明挖段的爆破方法，将待开挖隧道明挖段内岩体自上至下分别划分为若干台阶分层分区段进行施工，并综合应用间隔装药分段毫秒延迟爆破技术和具有导向空孔的轮廓光面爆破技术，可防止隧道浅埋段爆破过程中邻近既有建(构)筑物因过大的振动而发生振动损伤破坏，又可增大隧道明挖段岩体开挖施工效率，同时降低对邻近建(构)筑物和临时边坡的加固和维护费用，确保工程安全顺利实施。

Description

一种隧道明挖段的爆破方法
技术领域
本发明涉及到一种用于隧道明挖段爆破方法，特别涉及一种用于近接既有建(构)筑物的隧道明挖段开挖施工的减震爆破方法。
背景技术
一般山岭隧道进出口段，由于该区域埋深较浅，无论是从施工安全还是经济等因素考虑，常要求采用明挖法进行隧道施工。在隧道明挖段爆破开挖过程中，邻近明挖段的既有建(构)筑物因受到巨大的开挖爆破地震作用易产生损伤甚至破坏，尤其是当开挖所形成的临时边坡自身稳定性较差时易出现边坡岩体的崩塌或滑坡，其邻近建(构)筑物就会发生倾斜倒塌危险。这不仅可能导致新建隧道施工工期滞后及工程费用大幅增加，而且还威胁到邻近建(构)筑物的人员生命和财产安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道明挖段的爆破方法，通过分层分区进行施工爆破，可以有效降低爆破所产生的地震效应，从而降低以至消除爆破地震对邻近建(构)筑物及临时边坡稳定性的负面影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种隧道明挖段的爆破方法，包括如下步骤：
步骤一：确定明挖隧道开挖区域及开挖边界；
步骤二：将所述开挖区域划分为至少两个台阶；
步骤三：将每个所述台阶沿隧道纵向划分为至少两个开挖区段；
步骤四：在第一层所述台阶的某个所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后暴露出下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
步骤五：在暴露出的临空自由面的所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后并暴露出再下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
步骤六：由上而下重复所述步骤四和所述步骤五，直至暴露出所有开挖边界。
可选的，所述台阶的高度H为2m～3m，所述开挖区段的长度为10m～12m，不同所述台阶的所述开挖区段之间的安全距离L大于5m。
可选的，在所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破包括：
将所述开挖区段划分为开挖部区和开挖边界部；
在所述开挖部区布置多个主爆破孔，在所述开挖边界部布置多个光面爆破孔和导向空孔；
在所述主爆破孔内进行间隔装药，在所述光面爆破孔内进行连续装药；
对各所述主爆破孔和所述光面爆破孔进行同次分段延迟起爆，起爆顺序为所述主爆破孔分排由内至外孔间微差起爆，最后起爆所述光面爆破孔。
本发明所提供的隧道明挖段的爆破方法，采用进行分层分区施工，并综合应用间隔装药分段毫秒延迟爆破技术和具有导向空孔的轮廓光面爆破技术，可以将一次巨大爆破成功分解为多次小的爆破，从而有效降低了隧道浅埋段的巨大爆破对邻近既有建(构)筑物振动损伤破坏，降低对邻近建(构)筑物和临时边坡的加固和维护费用，同时又增大隧道明挖段岩体开挖施工效率，确保工程安全顺利实施。
附图说明
图1为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中步骤二和步骤三中对爆破开挖区的各层各区段划分的纵剖面；
图2为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中在任一开挖区段内的各炮孔的平面布置图；
图3为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中在任一开挖区段内的各炮孔的剖面布置图；
图4为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中在任一开挖区段内的各炮孔的装药结构示意图；
图5为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中在任一开挖区段内各水平炮孔起爆顺序图；
图6为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中在任一开挖区段内开挖边界上的光爆孔导爆索连接示意图；
图7为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中的光面爆破孔装药结构示意图；
图8为本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法中任一分层任一开挖区段爆破先开挖区、后开挖区划分示意图。
图中零部件、部位名称及所对应的标记：
序号Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4、Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4是各台阶的各开挖分段、台阶高度H、开挖区段之间的安全距离L、开挖部区1、开挖边界部2、主爆破孔21、光面爆破孔22、内装药段211、孔内间隔堵塞段212、外装药段213、孔口堵塞段214、导向空孔23、主爆破孔的孔距a1、光面爆破孔的孔距a2、光面爆破孔与导向空孔的间距a3、导向空孔与顶部自由面间距a4、顶排主爆破孔抵抗线w1、主爆破孔排距b1、光面爆破孔的最小抵抗线w2、主爆破孔深度h1、孔口堵塞段214的长度dl、孔内间隔堵塞段212的长度jl、外装药段213的长度y1、内装药段211的长度、主传导爆索30、起爆导爆索31、起爆雷管32、药卷33、光面爆破孔口的堵塞段34、同一开挖区段的先开挖区11、先开挖边界12、后开挖区13、后开挖边界14和开挖临空自由面ZYM。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的隧道明挖段的爆破方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
下面结合图1和图8详细说明本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法。
本发明一实施例的隧道明挖段的爆破方法，包括如下步骤：
步骤一：确定明挖隧道开挖区域及开挖边界；
如图1所示，根据隧道开挖的实际需求，确定合理的开外区域和开挖边界。
步骤二：将开挖区域划分为至少两个台阶；
继续参考图1，在开挖边界内将开挖区域划分为I、II、III以及Ⅳ四个台阶，优选的每个台阶的高度H为2m～3m。应当理解的是，在实际施工过程中，应当根据开挖区域的深浅、地质条件以及邻近建(构)筑物的抗震性能，决定划分台阶的数量，相对于不划分台阶的施工方法而言，只要将开挖区域划分为两个台阶，并进行分层施工的话，其对邻近建(构)筑物的震动破坏就会有所降低。
步骤三：将每个台阶沿隧道纵向划分为至少两个开挖区段；
继续参考图1，在每个台阶上沿着隧道纵向划分为至少两个开挖区段，具体来说，在台阶I划分出两个开挖区段分别是I－1和I－2，在台阶Ⅲ划分出四个开挖区段分别是Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3和Ⅱ-4，在台阶Ⅲ划分出三给开挖区段分别是Ⅲ-1、Ⅲ-2和Ⅲ-3，在台阶Ⅳ划分出四个开挖区段Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3和Ⅳ-4。通常，开挖区段的长度为10m～12m。应当理解的是，台阶高度H和开挖区段长度可以视地质条件、拟定临时边坡放坡比率及支护条件等进行调整。
步骤四：在第一层台阶的某个开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后暴露出下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
按照步骤二和步骤三中划分的开挖区段，进行分台阶分区施工，首先在第一层台阶也就是台阶I上的某个开挖区段进行爆破，完成爆破和清渣后，即可暴露出台阶Ⅱ的某个开挖区段的临空自由面。
为了进一步降低某一开挖区段爆破的震动破坏力，在每个开挖区段内利用毫秒延迟爆破技术并配合轮廓光面爆破技术，可以使每个开挖区段的爆破震动进一步降低。下面结合图2至图8，详细说明在每个开挖区段内的具体实施过程：
首先，将某个开挖区段划分为开挖部区1和开挖边界部2；
接着，在开挖部区1内布置多个主爆破孔21，在开挖边界部2布置多个光面爆破孔22和辅助导向空孔23；
具体来说：主爆破孔21的参数如下：
炮孔孔径：40mm；
炮孔深度h1＝4.5m～4.8m；
顶排主爆破孔抵抗线w1＝1.2m～1.5m；
炮孔间距a1＝1.1m～1.4m；
炮孔排距b2＝0.9m～1.1m；
光面爆破孔22和辅助导向空孔23的参数如下：
光面爆破孔22和导向空孔23的炮孔孔径：40mm；
光面爆破孔22抵抗线(光爆层厚度)w2＝0.6m～0.8m；
光面爆破孔22的炮孔间距a2＝0.35m～0.6m，而对于表层节理裂隙较为发育的岩体，优选的，炮孔间距a2可以在35cm～45cm之间选择；
光面爆破孔22与导向空孔23的间距a3＝(0.3～0.5)a2；
导向空孔23与自由面的距离a4＝0.7a2；
光面爆破孔22和导向空孔23的炮孔深度h2＝4.5m～4.8m；
光面爆破孔22和导向空孔23钻孔倾角β＝1°～1.5°，β角的是的光面爆破孔22和导向空孔23的抛空底部位于开外轮廓边界外0.1m～0.15m，这样可以保证轮廓面的更加光面平整；
接着，在主爆破孔21内进行间隔装药，在光面爆破孔22内进行连续装药；
因为需要对主爆破孔21内进行间隔装药，可以将主爆破孔21由内至外划分为内装药段211、孔内间隔堵塞段212、外装药段213和孔口堵塞段214，内装药段211的装药量为50％～60％，外装药段213的装药量为40％～50％，主爆破孔21的其他装药参数如下：
炸药单位消耗量q＝0.4kg/m3～0.6kg/m3；
孔口堵塞段214的长度dl＝1.2m～1.4m；
孔内间隔堵塞段212的长度jl＝30cm～40cm；
外装药段213的长度的y1＝1.3m～1.5m；
内装药段211的长度y2＝1.5m～1.8m；
单孔装药量：Q＝2.8kg～3.3kg。
光面爆破孔22的装药参数如下：
光面爆破孔22单孔装药密度：ρ＝150g/m～250g/m；光面爆破孔22采用2号岩石乳化炸药，光面爆破孔口的堵塞段34的长度为30cm～40cm，药卷33通过导爆索31和孔口外主传导爆索30与起爆雷管32相连。药卷33每卷100g，雷管32均采用毫秒延期非电导爆管雷管，所有光面爆破孔22都采用导爆索31起爆。
接着，对各主爆破孔21和光面爆破孔22进行同次分段延迟起爆，起爆顺序为主爆破孔21分排由内至外孔间微差起爆，最后起爆光面爆破孔22。具体参考图7和图8，各排炮孔起爆顺序是主爆破孔21炮孔间起爆顺序是最后逐个起爆各光面爆破孔22。各主爆破孔21内间隔装药段之间的起爆延迟时间为25ms～50ms，相邻主爆破孔21之间的起爆延迟时间也是25ms～50ms；光面爆破孔22在主爆破孔21全部起爆后延迟100ms起爆，相邻的光面爆破孔22之间的起爆延迟时间也是25ms～50ms。
至此完成了第一层台阶的一个开挖区段的爆破清渣，使得这个开挖区段下一层的某个开挖区段的临空自由面得以暴露。
在实际施工中，因为要考虑各种施工因素，经过划分后的开挖区段的面积可能会比较大，为了进一步将降低大面积的开挖区段爆破的震动破坏力，如图8所示，图中ZYM为该开挖区段的开挖临空自由面，可以先将开挖区段划分为先开挖区11和后开挖区13；然后，在先开挖区11内进行孔内微差拉槽爆破(即孔内毫秒延迟爆破技术)；接着，在先开挖边界12进行具有导向辅助空孔的光面爆破；接着，对后开挖区13进行孔内微差拉槽爆破；最后，对后开挖边界14进行具有导向辅助空孔的光面爆破，至此完成一个开挖区段的爆破。
步骤五：在暴露出的临空自由面的开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后并暴露出再下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
与步骤四类似，对于暴露出的开挖区段重复步骤四中的动作，可以暴露出更下一层的某个开挖区段的临空自由面或者开挖边界。
步骤六：由上而下重复所述步骤四和所述步骤五，直至暴露出所有开挖边界。
在步骤四至步骤六中，可以采用将第一层台阶I每个开挖区段的全部爆破清除，暴露出第二层台阶II的每个开挖区段，然后再将第二层台阶II的每个开挖区段全部爆破清除，暴露成第三层台阶III的每个开挖区段，由上至下逐层逐段爆破清除，直至将所有开挖区域的岩体全部爆破清除。应当理解的是，上述施工顺序并不是唯一的，可以根据施工现场的具体情况，更加灵活的选择施工顺序，只要某一个开挖区段的的临空自由面全部被暴露出来，那么就可以对这个开挖区段进行爆破清除施工作业了，而不需要等这一开挖区段上一层台阶的所有区段施工完成。例如，等I-1开挖区段施工完成后，II-1和II-2开挖区段就全部暴露出来了，这时候也可以选择先对II-1或II-2开挖区段进行爆破清楚施工作业，而不需要等I-2开挖区段完成施工后才进行。对于适应这种灵活的施工顺序，为了保证每个开挖区段都有安全的施工距离，不同台阶的开挖区段之间的安全距离L应该大于5m。
经过步骤四至步骤六，将需要开挖的岩体进行分层分区施工，相对于将一个整体开挖岩体进行爆破施工而言，大大的降低了爆破的威力，从而大大降低了巨大的爆破对邻近既有建(构)筑物的震动破坏。此外，申请人还创造性的将分段毫秒延迟爆破技术和光面爆破技术综合应用在每个开挖区段内，将每个开挖区段爆破进一步分解为多个小的爆破，使得每个开挖区段的爆破威力进一步降低，从而进一步降低了对邻近既有建(构)筑物的震动破坏。
综上所述，上述隧道明挖段的爆破方法，采用进行分层分区施工，可以将一次巨大爆破成功分解为多次小的爆破，从而有效降低了隧道浅埋段的巨大爆破对邻近既有建(构)筑物振动损伤破坏，降低对邻近建(构)筑物和临时边坡的加固和维护费用，同时又增大隧道明挖段岩体开挖施工效率，确保工程安全顺利实施。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种隧道明挖段的爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：确定明挖隧道开挖区域及开挖边界；
步骤二：将所述开挖区域划分为至少两个台阶；
步骤三：将每个所述台阶沿隧道纵向划分为至少两个开挖区段；
步骤四：在第一层所述台阶的某个所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后暴露出下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
步骤五：在暴露出的临空自由面的所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破，清渣后并暴露出再下一层所述开挖区段的临空自由面或开挖边界；
步骤六：由上而下重复所述步骤四和所述步骤五，直至暴露出所有开挖边界。
2.如权利要求1所述的隧道明挖段的爆破方法，其特征在于，所述台阶的高度H为2m～3m，所述开挖区段的长度为10m～12m，不同所述台阶的所述开挖区段之间的安全距离L大于5m。
3.如权利要求1所述的隧道明挖段的爆破方法，其特征在于，在所述开挖区段内布置爆破孔并进行爆破包括：
将所述开挖区段划分为开挖部区和开挖边界部；
在所述开挖部区布置多个主爆破孔，在所述开挖边界部布置多个光面爆破孔和导向空孔；
在所述主爆破孔内进行间隔装药，在所述光面爆破孔内进行连续装药；
对各所述主爆破孔和所述光面爆破孔进行同次分段延迟起爆，起爆顺序为所述主爆破孔分排由内至外孔间微差起爆，最后起爆所述光面爆破孔。
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