CN107478523B - 一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法及系统 - Google Patents

一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其包括：步骤S101，在先行隧道的中间岩墙内设置多个钻孔；步骤S102，在钻孔中安放速度传感器；步骤S103，用封堵材料封堵速度传感器，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配；步骤S104，后行洞爆破施工过程中，利用速度传感器采集后行洞爆破对中间岩墙产生的爆破振动速度，每个速度传感器采集到的爆破振动速度直接反映该速度传感器所在位置处的中间岩墙内部的爆破振动速度。通过本发明，能够测试中间岩墙岩体内部爆破振动速度，为评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度提供了更为准确的安全性基础数据。

Description

一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法及系统
技术领域
本发明涉及土木工程施工技术领域，特别是涉及一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法及系统。
背景技术
在小间距隧道爆破施工中，由于中间岩墙先后遭受先行隧道爆破施工和后行隧道爆破施工的双向影响，对中间岩墙造成双面爆破损伤破坏，中间岩墙遭受爆破损伤的程度决定了中间岩墙的安全性，进而决定了小间距隧道爆破施工的安全性。评价中间岩墙安全性的基础(基本)数据是中间岩墙遭受的爆破振动速度。但是，由于受到爆破振动速度传感器量程限制、岩体与速度传感器耦合问题、传感器布置难度问题等的影响，通常测试的爆破振动速度是中间岩墙表面的爆破振动速度。根据爆炸应力波传播理论，岩体内部爆破振动速度和岩体表面振动速度是两个不同的概念，用中间岩墙表面振动速度评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度是不科学的。
发明内容
本发明的目的是针对现有利用岩体表面振动速度无法准确评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度的技术问题，提供一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法及系统，其相对于现有技术，能够测试岩体内部爆破振动速度，为评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度提供了更为准确的安全性基础数据。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，包括：
步骤S101，在先行隧道的中间岩墙内设置多个钻孔；
步骤S102，在钻孔中安放速度传感器；
步骤S103，用封堵材料封堵速度传感器，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配；
步骤S104，后行洞爆破施工过程中，利用速度传感器采集后行洞爆破对中间岩墙产生的爆破振动速度，每个速度传感器采集到的爆破振动速度直接反映该速度传感器所在位置处的中间岩墙内部的爆破振动速度。
更优选地，所述步骤S104还包括：记录该后行洞爆破所使用的炸药量；以及测量后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程；所述爆破振动速度测试方法还包括：步骤S105，基于岩墙内部爆破振动速度、后行洞爆破所使用的炸药量以及后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程，建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。
更优选地，所述爆破振动速度测试方法还包括：
利用所述爆破振动速度传播模型，计算小间距隧道爆破施工时中间岩墙内部不同位置处围岩的爆破振动速度；并根据围岩产生裂隙的临界振动速度，确定中间岩墙的损伤破坏范围，进而确定支护参数。
更优选地，所述爆破振动速度测试方法还包括：
利用所述爆破振动速度传播模型，计算小间距隧道爆破施工时后行洞爆破施工对先行洞或既有洞支护的振动速度，并根据所述支护所承受的临界振动速度，来评估先行洞或既有洞支护的安全性。
更优选地，所述钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，N＝[A]，A＝中间岩墙厚度，单位为m；从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)，单位为m；所述钻孔分上下两排对称布置，其中下排钻孔的中心距离地面的高度为H0；上下两排钻孔的间距为H；每排中相邻钻孔之间的间隔为S。
更优选地，所述中间岩墙的爆破振动速度传播模型利用如下公式表达：
Figure BDA0001393215100000031
式中：
V——爆破振动速度，cm/s；
Q——引起爆破振动的药量，kg；
R——后行洞掌子面到速度传感器的距离，m；
K、a——分别为与中间岩墙围岩物理力学参数及地质条件有关的系数和衰减指数；
上述R通过如下公式计算得到：
Figure BDA0001393215100000032
其中的L为后行洞掌子面与速度传感器的水平距离，其根据后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程可以计算出；W为速度传感器到后行洞墙壁的距离，该W的计算公式为：W＝中间岩墙厚度A-钻孔深度。
更优选地，所述封堵材料由钻孔碎渣和水泥、水混合形成。
更优选地，当后行洞掌子面距离最近的速度传感器的水平距离为2倍洞径时，开始进行爆破振动速度测试；
当后行洞掌子面远离速度传感器的水平距离2倍洞径时，结束爆破振动测试。
本发明还提供一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试系统，其包括：
多个用封堵材料固定在钻孔中的速度传感器，通过传输线与所述速度传感器相连接的爆破振动记录仪；
所述钻孔设置在先行隧道的中间岩墙内，所述钻孔用封堵材料封堵，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配。
更优选地，所述钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，N＝[A]，A＝中间岩墙厚度，单位为m；从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)，单位为m；所述钻孔分上下两排对称布置，其中下排钻孔的中心距离地面的高度为H0；上下两排钻孔的间距为H；每排中相邻钻孔之间的间隔为S。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
本发明通过将速度传感器置于先行隧道的中间岩墙内的钻孔中，并利用与岩墙波阻抗相匹配的封堵材料将其封堵，因此能够测试中间岩墙岩体内部爆破振动速度，为评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度提供了更为准确的安全性基础数据。
附图说明
图1为本发明的小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法的实施流程图；
图2为本发明中钻孔的位置布置图；
图3为本发明中爆破振动测试开始和结束时与速度传感器之间的位置关系示意图；
图4为本发明的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试系统。
附图中：
速度传感器1，爆破振动记录仪2。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例一：
本发明提供一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其实施流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤S101，在先行隧道的中间岩墙内设置多个钻孔。
小间距隧道爆破施工时，按照如如图2所示的钻孔排列结构，在先行隧道的中间岩墙内设置多个钻孔。
钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，N＝[A]，A＝中间岩墙厚度，单位为m。对钻孔依次进行编号，从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)，单位为m，其中n为钻孔的编号。
钻孔分上下两排对称布置，其中下排钻孔的中心距离地面的高度为H0，1m≤H0≤2m，优选地H0＝1.5m；上下两排钻孔的间距为H，0.8m≤H≤1m，优选地H＝0.85m；每排中相邻钻孔之间的间隔为S，0.8m≤S≤1m，优选地S＝0.85m；钻孔直径D，0.11m≤D≤0.150m。
步骤S102，在钻孔中安放速度传感器。
定制大量程速度传感器，量程不小于250cm/s。速度传感器和传输线连接后用防水材料进行防护连接处。利用定制的接管把速度传感器和安放到设计位置，传输线引出孔口并用胶管防护。
步骤S103，用封堵材料封堵速度传感器，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配。
钻孔碎渣和水泥、水混合形成封堵材料，利用泵输送到钻孔中固定速度传感器，使传感器与岩墙成为一体；该封堵材料凝固7天后与岩墙波阻抗相匹配。
步骤S104，后行洞爆破施工过程中，利用速度传感器采集后行洞爆破对中间岩墙产生的爆破振动速度，每个速度传感器采集到的爆破振动速度直接反映该速度传感器所在位置处的中间岩墙内部的爆破振动速度。
在后行洞起爆前，将速度传感器的传输线连接到爆破振动记录仪上，并启动该爆破振动记录仪，准备开始测试振动。当后行洞掌子面远离速度传感器的水平距离2倍洞径时，结束爆破振动测试。
如图3所示，后行洞起爆过程中，当后行洞掌子面距离最近的速度传感器的水平距离为2倍洞径时，开始进行爆破振动速度测试，并通过爆破振动记录仪详细记录每个速度传感器测得的岩墙内部爆破振动速度。
每次振动测试完成后，把爆破振动记录仪中所记录的振动速度数据通过传输线传到电脑上存盘。
为了直观地反映出中间岩墙的损伤破坏程度，在步骤S104将振动速度数据传给电脑存盘后，还记录该后行洞爆破相应的后行洞的爆破参数(即该后行洞爆破所使用的炸药量)，以及测量后行洞掌子面所在里程和速度传感器所在钻孔的里程，以便后续建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。
为了直观地反映出中间岩墙的损伤破坏程度，实施例一还包括以下的步骤S105。
步骤S105，基于岩墙内部爆破振动速度、后行洞爆破所使用的炸药量以及后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程，建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。
该中间岩墙的爆破振动速度传播模型利用如下公式表达：
Figure BDA0001393215100000061
式中：
V——爆破振动速度，cm/s；
Q——引起爆破振动的药量，kg；
R——后行洞掌子面到速度传感器的距离，m；
K、a——分别为与中间岩墙围岩物理力学参数及地质条件有关的系数和衰减指数。
上述R通过如下公式计算得到：
Figure BDA0001393215100000062
其中的L为后行洞掌子面与速度传感器的水平距离，其根据后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程可以计算出；W为速度传感器到后行洞墙壁的距离，该W的计算公式为：W＝中间岩墙厚度A-钻孔深度。
上述爆破振动速度传播模型建立后，可以计算小间距隧道爆破施工时中间岩墙内部不同位置处围岩的爆破振动速度，并根据围岩产生裂隙的临界振动速度，确定中间岩墙的损伤破坏范围，进而确定支护参数。同时，该模型还可以计算小间距隧道爆破施工时后行洞爆破施工对先行洞(或既有洞)支护的振动速度，进而评估先行洞(或既有洞)支护的安全性。
可见通过上述爆破测试方法能够为评价中间岩墙的损伤情况及小间距隧道爆破施工时的安全性评估及支护提供理论基础。
实施例二：
本发明还提供一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试系统，其结构如图4所示，包括：
多个用封堵材料固定在钻孔中的速度传感器1，通过传输线与该速度传感器1相连接的爆破振动记录仪2。
上述钻孔设置在先行隧道的中间岩墙内。钻孔的排列结构如图1所示，钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，N＝[A]，A＝中间岩墙厚度，单位为m。对钻孔依次进行编号，从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)，单位为m，其中n为钻孔的编号。钻孔分上下两排对称布置，其中下排钻孔的中心距离地面的高度为H0，1m≤H0≤2m，优选地H0＝1.5m；上下两排钻孔的间距为H，0.8m≤H≤1m，优选地H＝0.85m；每排中相邻钻孔之间的间隔为S，0.8m≤S≤1m，优选地S＝0.85m；钻孔直径D，0.11m≤D≤0.150m。
上述封堵材料由钻孔碎渣和水泥、水混合形成，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配。
在后行洞起爆前，将速度传感器1的传输线连接到爆破振动记录仪2上，并启动该爆破振动记录仪2，准备开始测试振动。后行洞起爆过程中，后行洞掌子面距离最近的速度传感器1的水平距离为2倍洞径时，开始进行爆破振动速度测试；当后行洞掌子面远离速度传感器的水平距离2倍洞径时，结束爆破振动测试。
每次振动测试完成后，把爆破振动记录仪中所记录的振动数据通过传输线传到电脑上存盘，并记录相应的后行洞的爆破参数(即该后行洞爆破所使用的炸药量)，测量后行洞掌子面所在里程和速度传感器所在钻孔的里程。
利用速度传感器采集到的后行洞爆破对中间岩墙产生的爆破振动速度，直接反映该速度传感器所在位置处的中间岩墙内部的爆破振动速度。
之后，基于记录的每次爆破振动数据、后行洞爆破参数、后行洞掌子面里程、速度传感器所在钻孔里程以及速度传感器到后行洞墙壁距离建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。具体实施情况如实施例一中的相关描述，这里不再详细阐述。
上述爆破振动速度传播模型建立后，可以计算小间距隧道爆破施工时中间岩墙内部不同位置处围岩的爆破振动速度，并根据围岩产生裂隙的临界振动速度，确定中间岩墙的损伤破坏范围，进而确定支护参数。同时，该模型还可以计算小间距隧道爆破施工时后行洞爆破施工对先行洞(或既有洞)支护的振动速度，并根据所述支护所承受的临界振动速度，来评估先行洞或既有洞支护的安全性。
由上述本发明的实施例可以看出，本发明通过将速度传感器置于先行隧道的中间岩墙内的钻孔中，并利用与岩墙波阻抗相匹配的封堵材料将其封堵，因此能够测试中间岩墙岩体内部爆破振动速度，为评价中间岩墙的爆破损伤破坏程度提供了更为准确的安全性基础数据。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (7)

1.一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，所述爆破振动速度测试方法包括：
步骤S101，在先行隧道的中间岩墙内设置多个钻孔，所述钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，A＝中间岩墙厚度，单位为m；其中第1个钻孔距离后行洞掌子面的水平距离为2倍洞径；第n个钻孔距离爆破振动结束测试点的水平距离为2倍洞径；从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)；钻孔直径D，0.11m≤D≤0.150m；钻孔分上下两排对称布置，其中下排钻孔的中心距离地面的高度为H0，1m≤H0≤2m；上下两排钻孔的间距为H，0.8m≤H≤1m；每排中相邻钻孔之间的间隔为S，0.8m≤S≤1m；
步骤S102，在钻孔中安放速度传感器；
步骤S103，用封堵材料封堵速度传感器，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配；
步骤S104，后行洞爆破施工过程中，利用速度传感器采集后行洞爆破对中间岩墙产生的爆破振动速度，每个速度传感器采集到的爆破振动速度直接反映该速度传感器所在位置处的中间岩墙内部的爆破振动速度；
当后行洞掌子面距离最近的速度传感器的水平距离为2倍洞径时，开始进行爆破振动速度测试；
当后行洞掌子面远离速度传感器的水平距离2倍洞径时，结束爆破振动测试；
每次振动测试完成后，把爆破振动记录仪中所记录的振动数据通过传输线传到电脑上存盘，并记录相应的后行洞的爆破参数，测量后行洞掌子面所在里程和速度传感器所在钻孔的里程；
之后，基于记录的每次爆破振动数据、后行洞爆破参数、后行洞掌子面里程、速度传感器所在钻孔里程以及速度传感器到后行洞墙壁距离建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。
2.根据权利要求1所述的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，
所述步骤S104还包括：记录该后行洞爆破所使用的炸药量；以及测量后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程；
所述爆破振动速度测试方法还包括：步骤S105，基于岩墙内部爆破振动速度、后行洞爆破所使用的炸药量以及后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程，建立中间岩墙的爆破振动速度传播模型。
3.根据权利要求2所述的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，所述爆破振动速度测试方法还包括：
利用所述爆破振动速度传播模型，计算小间距隧道爆破施工时中间岩墙内部不同位置处围岩的爆破振动速度；并根据围岩产生裂隙的临界振动速度，确定中间岩墙的损伤破坏范围，进而确定支护参数。
4.根据权利要求2所述的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，所述爆破振动速度测试方法还包括：
利用所述爆破振动速度传播模型，计算小间距隧道爆破施工时后行洞爆破施工对先行洞或既有洞支护的振动速度，并根据所述支护所承受的临界振动速度，来评估先行洞或既有洞支护的安全性。
5.根据权利要求4所述的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，
所述中间岩墙的爆破振动速度传播模型利用如下公式表达：
Figure FDA0003300897410000031
式中：
V——爆破振动速度，cm/s；
Q——引起爆破振动的药量，kg；
R——后行洞掌子面到速度传感器的距离，m；
K、a——分别为与中间岩墙围岩物理力学参数及地质条件有关的系数和衰减指数；
上述R通过如下公式计算得到：
Figure FDA0003300897410000032
其中的L为后行洞掌子面与速度传感器的水平距离，其根据后行洞掌子面和速度传感器所在钻孔的里程可以计算出；W为速度传感器到后行洞墙壁的距离，该W的计算公式为：W＝中间岩墙厚度A-钻孔深度。
6.根据权利要求1所述的一种小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法，其特征在于，
所述封堵材料由钻孔碎渣和水泥、水混合形成。
7.一种采用如权利要求1-6任一所述的小间距隧道中间岩墙的爆破振动速度测试方法的测试系统，其特征在于，所述爆破振动速度测试系统包括：
多个用封堵材料固定在钻孔中的速度传感器(1)，通过传输线与所述速度传感器(1)相连接的爆破振动记录仪(2)；所述钻孔的数目为n，其中n＝[A/0.5]-1，A＝中间岩墙厚度，单位为m；其中第1个钻孔距离后行洞掌子面的水平距离为2倍洞径；第n个钻孔距离爆破振动结束测试点的水平距离为2倍洞径；从第1个钻孔至第n个钻孔，钻孔深度分别为A-0.5，A-1，A-1.5，……，A-0.5(n+1)；所述钻孔设置在先行隧道的中间岩墙内，所述钻孔用封堵材料封堵，使速度传感器与岩墙成为一体，该封堵材料凝固后与岩墙波阻抗相匹配。
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