CN106014421B - 一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法。该方法步骤如下：S1：采用潜孔钻在隧道周边内圈钻类似蜂窝煤的梅花形孔,然后采用撞击锤撞击梅花形孔，击碎梅花形孔壁岩石，完成循环开挖隧道内圈岩石；S2：隧道周边岩石采用风钻打孔，劈裂爆破，完成岩石隧道开挖。本发明的岩石隧道开挖方法，能够在不采用大型隧道掘进机的情况下，最大限度的进行高效的隧道开挖。其兼顾了高速铁路附近或交叉或接近爆破震动受限的新建中短长度岩石隧道施工的经济和效率问题。
Description
技术领域
本发明属于工程施工领域，涉及一种爆破震动受限的岩石隧道开挖支护技术。
背景技术
高速铁路附近或交叉或接近的新建中短长度岩石隧道施工过程中爆破震动受限，而机械切削(大型隧道掘进机)开挖代价太高、轻型隧道掘进机和液压劈裂效率太低或挖不动硬岩，很难满足高速铁路附近或交叉或接近的新建中短长度岩石隧道施工的经济与效率问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法。
一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法，步骤如下：
S1：采用潜孔钻在隧道周边内圈钻类似蜂窝煤的梅花形孔,然后采用撞击锤撞击梅花形孔，击碎梅花形孔壁岩石，完成循环开挖隧道内圈岩石；
S2：隧道周边岩石采用风钻打孔，劈裂爆破，完成岩石隧道开挖。
作为优选，所述的梅花形孔的开挖的密度和撞击锤撞击能量的确定方法如下：
S101：根据下式确定撞击锤撞击梅花形孔的撞击能量E，计算公式为：
其中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；K为地质条件影响系数；E为撞击能量；R为测点与冲击点距离；f为冲击频率；m为冲击能增加时冲击振动的变化指数；n为冲击振动随距离增大的衰减指数；α为冲击频率变化指数；
S102：在确定撞击能量E值条件下，试验调整隧道内梅花形孔开挖的密度，以改变打孔后撞击面的剩余岩石面积，达到开挖要求。
作为优选，所述的劈裂爆破的单段装药量Q值根据以下公式计算：
式中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；k地形条件系数；R离爆点距离(m)；α地质条件系数；
在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石劈裂层厚度，达到一次安全开挖隧道周边岩石。
本发明的理论依据如下：
根据隧道岩石开挖耗能引起临近建筑物振动公式：
VMAX＝V1+V2+V3+V4≤Vmin (1.1)
式(1.1)中，V1为隧道内潜孔钻钻2m深梅花形孔耗能起引起临近建筑物振动速度值，其量值小，一般可忽略不计；V2为隧道内机械撞击破碎梅花形孔壁岩石耗能引起临近建筑物振动速度值；V3为隧道内周边岩石劈裂爆破耗能引起临近建筑物振动速度值；V4为隧道内其它作业耗能引起临近建筑物振动速度值，其量值小，一般可忽略不计；VMAX为隧道内岩石开挖耗能引起临近建筑物振动速度值总和；Vmin为隧道临近建筑物允许控制振动速度值。隧道内岩石开挖中撞击、爆破是分开进行的，因此，控制隧道内岩石开挖引起临近建筑物振动速度只需控制V2、V3，而V2、V3可以根据岩石硬度采用公式(1.2)、(1.3)试验调整隧道内梅花形孔壁横截面积和隧道周边岩石劈裂层厚度，使得公式(1.1)VMAX＝V2(或V3)≤Vmin。
研究发现，其中爆破对周边建筑物振动的经验公式：
Vmin＝k(Q1/3/R)α (1.2)
Q为单段装药量，k和α的取值与岩石硬度有关，经研究发现，具体如下表所示。
隧道周边岩石采用风钻打孔，少量装药的劈裂爆破，根据公式(1.1)VMAX＝V3≤Vmin控制单段装药量Q值，在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石待劈裂层厚度，以便一次性爆破再不对临近建筑物产生危害的情况下开挖隧道周边岩石。
冲击施工对周围建筑物影响的经验公式：
Vmin＝KEmRnfα (1.3)
其中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；K为地质条件影响系数；E为撞击能量；R为测点与冲击点距离；f为冲击频率；m为冲击能增加时冲击振动的变化指数；n为冲击振动随距离增大的衰减指数；α为冲击频率变化指数。
根据公式(1.1)VMAX＝V2≤Vmin控制撞击能量E值，在确定撞击能量E值条件下，根据岩石硬度和快速击碎要求，试验调整隧道内岩石梅花形孔壁横截面，以便快速安全开挖隧道内圈岩石。
作为优选，所述的梅花形孔深度为2m，该深度为潜孔钻钻头所能达到的深度。
本发明的岩石隧道开挖方法，能够在不采用大型隧道掘进机的情况下，最大限度的进行高效的隧道开挖。其兼顾了高速铁路附近或交叉或接近爆破震动受限的新建中短长度岩石隧道施工的经济和效率问题。
附图说明
图1为实施例中潜孔钻在隧道周边内圈钻设的梅花形孔示意图；
图2为实施例中撞击锤撞击隧道内梅花形孔壁岩石示意图；
图3为实施例中风钻打孔后劈裂爆破开挖隧道周边岩石的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本实施例中，岩石隧道的开挖和支护方法如下：
(1)机械开挖洞口路堑并做好初步防护和排水措施；
(2)做好洞口支护或预支护结构；
(3)根据公式(1.1)、(1.2)、(1.3)试验调整梅花孔壁厚和劈裂层厚，直到合适为准。
梅花形孔的开设的密度和撞击锤撞击能量的确定方法如下：
S101：根据下式确定撞击锤撞击梅花形孔的撞击能量E，计算公式为：
其中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；K为地质条件影响系数；E为撞击能量；R为测点与冲击点距离；f为冲击频率；m为冲击能增加时冲击振动的变化指数；n为冲击振动随距离增大的衰减指数；α为冲击频率变化指数。最终采用的撞击能量不能高于E值。
S102：在确定撞击能量E值条件下，试验调整隧道内梅花形孔开挖的密度，以改变打孔后撞击面的剩余岩石面积，一般密度越大，剩余的岩石面积越小，从而岩石越容易破碎。但密度过大，会增加打孔成本。因此，在满足所需的开挖效率的情况下，选择合适的打孔密度，达到开挖要求。
劈裂爆破的单段装药量Q值根据以下公式预算：
式中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；式中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；k地形条件系数；R离爆点距离(m)；α地质条件系数；上述系数可以根据实际情况或通过试验确定。。
在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石劈裂层厚度，达到一次安全开挖隧道周边岩石。一般劈裂层厚度越大，所需的药量越大，对地表振动影响也越大。因此，在Q值固定的情况下，选择合适的劈裂层厚度是十分有必要的。
(4)根据试验调整梅花孔开挖密度，采用潜孔钻在隧道周边内圈钻2m深类似蜂窝煤的梅花形孔(图1)，然后采用额定撞击能量E值配置撞击锤的重型挖掘机撞击隧道内梅花形孔壁(图2)，击碎梅花形孔壁岩石，完成开挖隧道内圈岩石。然后再循环进行下一轮的开挖工作。
(5)根据试验调整劈裂层厚值，隧道周边岩石采用风钻打孔(图3)，然后采用额定单段装药量Q值配置装药的劈裂爆破开挖隧道周边岩石，完成一次安全开挖隧道周边岩石。
(6)排险安全检查与处理。
(7)做好初期支护。
(8)隧道开挖初期支护完成后再做二次衬砌。
(9)做好洞门。
(10)做好路堑支护和排水等结构。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法，其特征在于，步骤如下：
S1：采用潜孔钻在隧道周边内圈钻类似蜂窝煤的梅花形孔,然后采用撞击锤撞击梅花形孔，击碎梅花形孔壁岩石，完成循环开挖隧道内圈岩石；所述的梅花形孔的开挖的密度和撞击锤撞击能量的确定方法如下：
S101：根据下式确定撞击锤撞击梅花形孔的撞击能量E，计算公式为：
其中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；K为地质条件影响系数；E为撞击能量；R为测点与冲击点距离；f为冲击频率；m为冲击能增加时冲击振动的变化指数；n为冲击振动随距离增大的衰减指数；α为冲击频率变化指数；
S102：在确定撞击能量E值条件下，试验调整隧道内梅花形孔开挖的密度，以改变打孔后撞击面的剩余岩石面积，达到开挖要求。
S2：隧道周边岩石采用风钻打孔，劈裂爆破，完成岩石隧道开挖。
2.如权利要求1所述的爆破震动受限的岩石隧道开挖方法，其特征在于，所述的劈裂爆破的单段装药量Q值根据以下公式计算：
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<mi>Q</mi>
<mo>=</mo>
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<mrow>
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<mi>V</mi>
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<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
</mrow>
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<mi>k</mi>
</mfrac>
<mi>&alpha;</mi>
</mroot>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>R</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>3</mn>
</msup>
</mrow>
式中：Vmin为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；k地形条件系数；R离爆点距离；α地质条件系数；
在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石劈裂层厚度，达到一次安全开挖隧道周边岩石。
3.如权利要求1所述的爆破震动受限的岩石隧道开挖方法，其特征在于，所述的梅花形孔深度为2m。
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