CN108413821A - 基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，涉及隧道爆破施工技术领域，应用数码电子雷管精确延时逐孔起爆，孔间错相减震技术，可降低保护对象振动速度峰值60％，且振动峰值出现在首个掏槽孔，利用减震孔与首个掏槽孔振动波的相消干涉，进一步降低保护对象振速峰值30％，从而极大减小了临近结构物的振动速度，实现了超临界结构物或超浅埋隧道爆破施工技术，具有显著的社会效益和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及隧道爆破施工技术领域，特别是涉及基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法。
背景技术
随着国内城市化进程加快，大中心城市交通日益拥挤，城市地下交通建设力度不断加大，中心城区出现了不少浅埋硬质岩隧道工程。由于经济性和效率等方面的巨大优势，钻爆法是硬质岩隧道开挖的一种主要方法，面对城市环境复杂的施工环境，如超浅埋、穿越地表密集建筑物、历史文物古迹等，为确保邻近结构物的安全，隧道爆破施工必须采取控制爆破措施。传统的钻爆法采用非电雷管或电雷管起爆，受雷管段位限制，爆破振动速度很大，而数码雷管采用PLC编程，能精确控制雷管延时时间，利用波形干涉叠加作用，能显著降低振动峰值速度60％，且振动峰值一般出现在首波，但针对超近距离邻近建筑物的振动速度仍无法满足规范要求。
发明内容
本发明实施例提供了基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，施工开始前先确定开挖方法、掏槽形式、单孔装药量、掘进进尺、炮眼参数，以及减震孔数量、深度和装药量；
步骤二，进行单孔试验，确定单孔地震波的周期，数码雷管的延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间；
步骤三，按照步骤一在掌子面的测量位置钻眼，验孔完毕后对雷管角线进行编号，然后对号装入乳化炸药和雷管；
步骤四，采用电子雷管编码器检查网路连接，连接正常后逐孔设置延时时间；
步骤五，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；
步骤六，在监测对象的关键位置布置三相加速度传感器，采集爆破振动速度时程，并获取最大振动速度。
优选地，步骤一中减震孔的数量为3-4个，减震孔的深度为掏槽孔深度的1/2，装药量为掏槽孔的1/2。
优选地，步骤二中监测对象的关键位置设置有爆破测震仪，进行多次单响爆破试验后获得振动速度时程和震速峰值，由此确定每孔的爆破振动周期；多次试爆测得不同周期的随机变量，计算各组的平均值，取其中标准差最小的平均值作为同一地质条件下爆破地震波周期；设置孔间电子数码雷管延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间。
优选地，步骤五中起爆时减震孔先于掏槽孔起爆，利用减震孔波形与掏槽孔波形干涉叠加减震。
本发明实施例中的基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，应用数码电子雷管精确延时逐孔起爆，孔间错相减震技术，可降低保护对象振动速度峰值60％，且振动峰值出现在首个掏槽孔，利用减震孔与首个掏槽孔振动波的相消干涉，进一步降低保护对象振速峰值30％，从而极大减小了临近结构物的振动速度，实现了超临界结构物或超浅埋隧道爆破施工技术，具有显著的社会效益和经济价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法实施时确定开挖方案图；
图2为本发明实施例中基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法的钻爆设计图；
图3为本发明实施例中减震孔和掏槽孔的设计图；
图4为本发明实施例中结构物监测成果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中提供了基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，钻爆方案设计：施工开始前先确定开挖方法、掏槽形式、单孔装药量、掘进进尺、炮眼参数等常规项目，以及本发明中需要的减震孔数量、深度和装药量等参数。
本实施例中需要设置3-4个减震孔，减震孔的深度为掏槽孔深度的1/2，装药量为掏槽孔的1/2，孔间延时时间与掏槽孔相同，利用减震孔与首个掏槽孔波形错相叠加相消，可以抑制首波的最大波速。
步骤二，试爆：进行单孔试验，确定单孔地震波的周期，数码雷管的延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间，一般为3ms-10ms。
本实施例中在单孔单响试验时可以设置雷管延时时间为200ms，逐孔起爆，每孔爆破振动波均不会发生叠加，在监测对象的关键位置设置一台爆破测震仪，进行3次单响爆破试验后获得振动速度时程和震速峰值，由此可以确定每孔的爆破振动周期。三次试爆测得三组不同周期的随机变量，计算各组的平均值，取三组中标准差最小的平均值作为同一地质条件下爆破地震波周期。然后设置孔间电子数码雷管延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间。
步骤三，钻孔及装药：按照步骤一在掌子面的测量位置钻眼，验孔完毕后对雷管角线进行编号，然后对号装入乳化炸药和雷管。
步骤四，起爆网路检查与延时时间设置：采用电子雷管编码器检查网路连接，连接正常后逐孔设置延时时间。
步骤五，开始起爆：首先对起爆器充电，按下起爆按钮，充电5s后起爆。
上述步骤四和步骤五中，电子雷管编码器和起爆器均可对起爆回路进行连通性检测，起爆器结合密码控制爆破，提高电子雷管的安全性。
本发明在起爆时采用设置小药量的减震孔先于掏槽孔起爆，可以利用减震孔波形与掏槽孔波形干涉叠加减震，可以在电子数码雷管降低地震波震速60％的基础上再降低地震波速度30％。减震孔的深度和药量均小于掏槽孔，减震孔采用电子数码雷管逐孔起爆，孔间电子数码雷管的延时时间为半周期的奇数倍，减震孔的起爆既能为掏槽起爆创造临空面，亦能降低震速，减震孔数量宜设置3-5个。需要指出，减震孔应使用数码雷管精确控制延时，掏槽孔并不局限于数码雷管起爆，采用电雷管或非电雷管起爆亦可明显降低振动速度且经济性好。
步骤六，振动速度监测：在监测对象的关键位置布置三相加速度传感器，采集爆破振动速度时程，并获取最大振动速度和对应主振频率。
本发明的方法是在大量试验基础上提出来的，下面以工程试验实例来说明。
(一)工程概况
北京市长安街西延引起丰沙铁路改建工程石景山隧道起止里程改FSDK7+450～改FSDK11+800，全长4350.353m(明挖段有一处0.353m长链)，其中明挖段长3871.353m，暗挖段长479m。暗挖段以隧道形式穿过石景山，主要工程地质为三叠系双泉组凝灰砂岩，强度高达100MPa。
隧道施工风险大，主要施工风险有：
1、下穿文物主要有功勋阁、天主宫院落。
2、改FSDK11+598.776～改FSDK11+611.328段下穿S1线隧道，平面夹角82°，S1线隧底距洞顶14.11m。(隧道上方未实施)
3、暗挖隧道临近既有丰沙铁路，隧道开挖轮廓线距离丰沙上行线线路中心25～30m。
4、改FSDK11+460～改FSDK11+480段下穿人防通道，距离人防通道最近2.044m。人防通道底标高94.58m，结构尺寸约2m(宽)×2.4m(高)。通道底板为垫层20cm，调平层7cm。
5、隧道出口距离京能电厂的冷却塔最近距离46m。
设计中采用单笔掘进机开挖，初期施工2个月，掘进进尺35m，施工效率低下，机械磨损严重，后改为钻爆法开挖，并采取电子数码雷管爆破减震施工方法。
(1)地震波延时时间确定
第一步确定爆破地震波的衰减规律和周期：对掏槽孔进行三次试验，设置延时时间为200ms，确保前后孔爆破地震波不发生叠加，具体参数和测试数据如下：
表1 3次试验的具体参数和测试数据
| 序号 | 掏槽孔数量 | 装药量 | 测点距离 | 平均周期 | 震速峰值 |
| 1 | 4 | 0.3kg | 20m | 10ms | 1.2cm/s |
| 2 | 9 | 0.3kg | 6m | 9ms | 4.3cm/s |
| 3 | 8 | 0.6kg | 10m | 10ms | 4.7cm/s |
通过三次试验确定爆破地震波的振动周期为10ms，然后选择3ms，5ms，10ms和15ms，确定最佳的延时时间，具体试验结果如下。
表2确定最佳的延时时间的具体试验数据
最终选定测试时间为5ms。不同的地层和装药量，应通过试验获得最佳延时时间，不可一概而论。
(2)试验段施工试验
石景山隧道施工过程中，风险最大为过人防通道，暗挖隧道在里程改FSDK11+460～改FSDK11+480段下穿人防通道，如图1所示。图1中1为上台阶掌子面，2为中导洞掌子面，3为下台阶右侧掌子面，4为下台阶左侧掌子面，5为仰拱里程，6为人防通道。人防通道对应的隧道中心点里程为FSDK11+470，隧道顶部到人防通道顶板的距离最小2.044m，隧道走向与人防通道走向近正交，为了保证采用钻爆法顺利通过下穿人防通道段，按照最佳延时时间，减小药量后进行了8次试验，如下表所示。
表3按照最佳延时时间实施的8次试验具体数据
| 序号 | 单孔装药量 | 测点距离 | 振速峰值 | 爆破效果 | 备注 |
| 1 | 0.3kg | 3m | 10.5cm/s | 石渣块度均一 | 4.30 |
| 2 | 0.3kg | 5m | 7.1cm/s | 石渣块度均一 | 4.28 |
| 3 | 0.3kg | 7m | 5.3cm/s | 石渣块度均一 | 4.27 |
| 4 | 0.3kg | 10m | 3.8cm/s | 石渣块度均一 | 4.25 |
| 5 | 0.3kg | 13m | 3.0cm/s | 石渣块度均一 | 4.23 |
| 6 | 0.3kg | 16m | 1.9cm/s | 石渣块度均一 | 4.17 |
| 7 | 0.3kg | 18m | 1.7cm/s | 石渣块度均一 | 4.14 |
| 8 | 0.3kg | 20m | 1.2cm/s | 石渣块度均一 | 4.12 |
(3)首波抑制试验
人防通道属于上世纪50-60年代地下工程，拱部采用小模板衬砌，边墙和铺底采用砂浆抹面。通过专家评审会论证，按照《爆破安全规程》的相关要求，结合现场实际情况，专家论证会给出人防通道的允许振速不得超过5cm/s。前期试验表明即使采用数码雷管逐孔爆破，但当开挖到掌子面里程FSDK11+477时，振动峰值仍超过了人防通道允许振速。前期试验结果表明振速峰值均由前面几个掏槽孔起爆引起。由此考虑设置减震孔起爆，利用减震孔爆破波形与前期掏槽孔爆破波形干涉相消，减小掏槽孔振速峰值，设计的炮眼以及掏槽孔和减震孔如图2和3所示，具体钻爆参数如表4以及图4所示。图4中a表示优化前的数据，b表示优化后的数据。
表4优化前后的数据对比
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，施工开始前先确定开挖方法、掏槽形式、单孔装药量、掘进进尺、炮眼参数，以及减震孔数量、深度和装药量；
步骤二，进行单孔试验，确定单孔地震波的周期，数码雷管的延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间；
步骤三，按照步骤一在掌子面的测量位置钻眼，验孔完毕后对雷管角线进行编号，然后对号装入乳化炸药和雷管；
步骤四，采用电子雷管编码器检查网路连接，连接正常后逐孔设置延时时间；
步骤五，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；
步骤六，在监测对象的关键位置布置三相加速度传感器，采集爆破振动速度时程，并获取最大振动速度。
2.如权利要求1所述的基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，其特征在于，步骤一中减震孔的数量为3-4个，减震孔的深度为掏槽孔深度的1/2，装药量为掏槽孔的1/2。
3.如权利要求1所述的基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，其特征在于，步骤二中监测对象的关键位置设置有爆破测震仪，进行多次单响爆破试验后获得振动速度时程和震速峰值，由此确定每孔的爆破振动周期；多次试爆测得不同周期的随机变量，计算各组的平均值，取其中标准差最小的平均值作为同一地质条件下爆破地震波周期；设置孔间电子数码雷管延时时间为半周期的奇数倍，利用相消干涉原理，确定最优延时时间。
4.如权利要求1所述的基于电子数码雷管的首波抑制爆破施工方法，其特征在于，步骤五中起爆时减震孔先于掏槽孔起爆，利用减震孔波形与掏槽孔波形干涉叠加减震。
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