CN108444353A - 隧道开挖爆破冲击波防护装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道开挖爆破冲击波防护装置及操作方法，属于隧道开挖施工领域，该防护装置安装在隧道洞口的拱圈处，并用于防护隧道开挖时产生的冲击波和飞石，其结构包括橡胶板、钢板、螺栓、栏杆和沙袋等，橡胶板设有多条，每条橡胶板均垂挂安装在拱圈拱顶与地面之间，且上部均与拱圈固定，下部均由沙袋压住，相邻橡胶板相互之间均部分重叠，从而形成了完全遮盖隧道开挖断面、并全断面屏蔽隧道内开挖爆破产生的冲击波和飞石的弹性防护结构。这种防护装置具有构造简单、作业方便、费用节约、安全可靠等优点，其配合相应的操作方法，还具有循环使用、节能环保等使用特点，故能确保工程施工安全，减少噪声污染，经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道开挖施工领域，具体是指隧道开挖爆破冲击波防护装置及操作方法。
背景技术
隧道开挖炸药爆炸时,爆炸能量的利用率只占炸药爆炸所释放能量的百分之几到百分之三十左右，最好的松动爆破最多也只占百分之五十左右，其余转化为冲击波沿隧道壁向外传播；同时，爆破冲击波夹带土石飞溅，影响隧道爆破施工安全和造成周边噪声污染。因此，简易高效的隧道开挖爆破冲击波防护装置，亟需研制和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、作业方便、费用节约、安全可靠、循环使用、节能环保的隧道开挖爆破冲击波防护装置及操作方法。
本发明的技术问题通过以下技术方案实现：
一种隧道开挖爆破冲击波防护装置，包括隧道洞口的拱圈，所述的拱圈拱顶与地面之间设有多条垂挂安装的橡胶板，每条橡胶板上部均与拱圈进行固定，每条橡胶板下部均由沙袋压住，相邻橡胶板相互之间均部分重叠，并形成完全遮盖隧道开挖断面的弹性防护结构，该弹性防护结构全断面屏蔽隧道内开挖爆破产生的冲击波和飞石。
所述的每条橡胶板均为柔性材料板，仅受拉力而不承受力矩，每条橡胶板的宽度均为，设置在拱圈的拱顶中心处为最长橡胶板，其遮盖拱圈顶部下缘与地面之间的计算长度为，其余橡胶板以最长橡胶板为中心，并沿拱圈两侧依次对称设置，长度为拱圈顶部下缘与地面之间的高度，多条橡胶板受到爆破冲击波的压强为；所述的每条橡胶板上部均与拱圈上缘连接，每条橡胶板下部均与地面的沙袋底连接。
所述的每条橡胶板均受到爆破冲击波的作用，爆破冲击波的压强和拱圈的拱顶中心处最长橡胶板计算长度为、宽度为受爆破冲击波作用下的挠曲线方程、拉力由如下公式计算：
公式一、
公式二、
则有
即
公式三、
挠曲线的长度为
橡胶板受拉力时，伸长后的总长度为
由于挠曲线的长度等于橡胶板受爆破冲击波伸长后的总长度即，得
将公式三中的与公式二中的联立可求出、；
在公式一、公式二、公式三中
——爆破冲击波压强峰值，通过试验确定，无试验资料时可由公式一经验公式计算，；
——炸药当量，；
——爆破面至橡胶板的距离，；
——隧道横断面面积，；
——爆高，，为装药中心至结构表面的距离，为装药等效半径，；
——装药的密度，；
——每条橡胶板的宽度，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的横坐标，，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的纵坐标，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后曲线至任一点范围内的横坐标，，；
——最长橡胶板的计算长度，即弦长的长度，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线的长度,；
——橡胶板受爆破冲击波作用下受拉力后伸长量,；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线或处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板的拉伸弹性模量，；
——每条橡胶板的截面积，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处的拉力，；
——橡胶板受爆破冲击波作用后挠曲线或处的拉力，。
所述的每条橡胶板上部均与拱圈上缘顶面以钢板压住，再用螺栓连接固定，每条橡胶板下部均设有粘结固定的捆绑带。
所述的拱圈为钢筋混凝土结构，在拱圈的拱顶与拱顶坡之间安装栏杆，该栏杆与拱顶坡之间形成了供所述橡胶板爆破完成后向上收拢存放的空间。
所述的沙袋为袋装砂石，该沙袋上设有吊钩；所述的最长橡胶板下部的沙袋压重量为，其中安全系数，其余橡胶板下部的压重量根据各自的长度由公式一～公式三计算，再乘以安全系数。
一种隧道开挖爆破冲击波防护装置的操作方法，包括如下步骤：
步骤一、采购制作橡胶板、栏杆、沙袋
①根据隧道开挖围岩类型、每次炸药使用量、爆破面与爆破冲击波防护装置的距离，由公式一、公式二、公式三计算或由试验确定爆破冲击波压强的强度；
②由公式二、公式三计算和角，购置合适的橡胶板、沙袋；
将每条橡胶板下部均粘结捆绑带；
沙袋装填砂石并设置吊钩后放置堆场备用；
步骤二、制作安装栏杆
①根据拱圈拱顶的实际情况，制作栏杆部件；
②在拱顶安装栏杆；
步骤三、安装橡胶板
①测量定位每条橡胶板的安装位置并钻螺栓孔；
②使用钢板、螺栓将橡胶板上部逐条安装在拱顶，相邻橡胶板的重叠部为5～10cm宽；
③将每条橡胶板从拱顶坡与栏杆之间的存放处取出，其下部均放置在清理干净的地面上；
隧道内布设炸药和爆破人员撤离出隧道，爆破启动装置放置在爆破安全距离外；
用铲车将沙袋压住橡胶板下部，并用捆绑带与沙袋上的吊钩捆绑牢固；
步骤四、爆破后清除沙袋和收拢橡胶板
①在隧道开挖爆破成功规定时间后，解开捆绑带，用铲车清除沙袋并放置堆场，以待下次爆破防护备用；
②使用铲车和人工配合向上收拢橡胶板，并存放在拱顶坡与栏杆之间；
下次爆破防护只需按照步骤三中③～步骤四循环操作，起到每次爆破的安全和噪声防护的作用。
与现有技术相比，本发明主要设计了一种用于防护隧道开挖爆破冲击波的装置，该防护装置安装在隧道洞口的拱圈处，其结构包括橡胶板、钢板、螺栓、栏杆和沙袋等，而橡胶板设有多条，每条橡胶板均垂挂安装在拱圈拱顶与地面之间，且上部均与拱圈进行固定，下部均由沙袋压住，相邻橡胶板相互之间均部分重叠，从而形成了完全遮盖隧道开挖断面的弹性防护结构，而经该弹性防护结构就能全断面屏蔽隧道内开挖爆破产生的冲击波和飞石。这种防护装置具有构造简单、作业方便、费用节约、安全可靠等优点，其配合相应的操作方法，还具有循环使用、节能环保等使用特点，故能确保工程施工安全，减少噪声污染，经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明的结构立面示意图。
图2为图1的I-I剖面图。
图3为橡胶板的受力计算图式。
具体实施方式
下面将按上述附图对本发明实施例再作详细说明。
如图1~图3所示，1.地面、11.爆破面、2.拱圈、3.拱顶坡、4.栏杆、5.橡胶板、51.重叠部、52.捆绑带、6.钢板、7.螺栓、8.沙袋、81.吊钩。
隧道开挖爆破冲击波防护装置及操作方法，如图1、图2所示，主要用于防护隧道开挖爆破时由爆破面11产生的冲击波和飞石，该防护装置安装在隧道洞口的拱圈2处，以此来保证隧道开挖爆破施工的安全，以及避免造成周边的噪声污染。
所述的防护装置包括多条垂挂安装在拱圈2拱顶与地面1之间的橡胶板5，该橡胶板为柔性材料制作，仅受拉力而不承受力矩，每条宽度均为，长度由所在位置的拱顶与地面1的高度确定，设在拱圈5的拱顶中心处为最长橡胶板，其遮盖拱圈2顶部下缘与地面1之间的计算长度为，而每条橡胶板5的总长度还需加上拱顶锚固长度和地面沙袋8压住长度；其余橡胶板5以最长橡胶板为中心，并沿拱圈2两侧依次对称设置，长度为拱圈顶部下缘与地面之间的高度加上拱顶锚固长度和地面沙袋8压住长度，多条橡胶板5受到爆破冲击波的压强为。
所述的每条橡胶板5的上部均与拱圈2上缘连接并作固定，具体结构为：每条橡胶板5上部均与拱圈2上缘顶面先用钢板6压住，再用螺栓7连接固定，螺栓7的数量经有关计算确定；每条橡胶板5下部均设有粘结固定的捆绑带52，该下部均与地面1的沙袋8底连接并作固定，具体结构为：沙袋8为袋装砂石，每袋重量由操作方便而定，在沙袋8上设有吊钩81，可供铲车勾住，在沙袋8压住橡胶板5下部后，该吊钩81可与粘结在橡胶板5下部的捆绑带52作捆绑固定，起到固定沙袋8的作用。
同时，相邻橡胶板5相互之间均部分重叠，则每两条橡胶板之间均存在重叠部51，并通过这些重叠部51形成了完全遮盖隧道开挖断面的弹性防护结构，该弹性防护结构就能全断面屏蔽隧道内开挖爆破产生的冲击波和飞石。
所述的拱圈2拱顶与拱顶坡3之间安装钢质栏杆作为操作人员的安全设施，该栏杆4与拱顶坡3之间形成了存放空间，可用于供爆破完成后的橡胶板5向上收拢临时存放。
所述的每条橡胶板5均受到爆破冲击波的作用，爆破冲击波的压强和拱圈的拱顶中心处最长橡胶板5计算长度为、宽度为的最长橡胶板受爆破冲击波作用下的挠曲线方程、拉力如图3所示，并按照下述公式计算：
公式一、
公式二、
则有
即
公式三、
挠曲线的长度为
橡胶板5受拉力时，伸长后的总长度为
由于挠曲线的长度等于橡胶板5受爆破冲击波伸长后的总长度即，得
将公式三中的与公式二中的联立可求出、；
在公式一、公式二、公式三中
——爆破冲击波压强峰值，通过试验确定，无试验资料时可由公式一经验公式计算，；
——炸药当量，；
——爆破面11至橡胶板5的距离，；
——隧道横断面面积，；
——爆高，，为装药中心至结构表面的距离，为装药等效半径，；
——装药的密度，；
——每条橡胶板5的宽度，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的横坐标，，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的纵坐标，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后曲线至任一点范围内的横坐标，，；
——最长橡胶板5的计算长度，即弦长的长度，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线的长度,；
——橡胶板5受爆破冲击波作用下受拉力后伸长量,；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线或处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板5的拉伸弹性模量，；
——每条橡胶板5的截面积，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处的拉力，；
——橡胶板5受爆破冲击波作用后挠曲线或处的拉力，。
而最长橡胶板5下部的沙袋8压重量为，其中安全系数，其余橡胶板5下部的压重量根据各自的长度由公式一～公式三计算，再乘以安全系数。
所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置的操作方法，主要包括如下步骤：
步骤一、采购制作橡胶板、栏杆、沙袋等有关部件
①根据隧道开挖围岩类型、每次炸药使用量、爆破面与爆破冲击波防护装置的距离，由公式一、公式二、公式三计算或由试验确定爆破冲击波压强的强度；
②由公式二、公式三计算和角，购置合适的橡胶板5、沙袋8等部件；
将每条橡胶板5下部均粘结捆绑带52；
沙袋8装填砂石并设置吊钩81后放置堆场备用；
步骤二、制作安装栏杆
①根据拱圈2拱顶的实际情况，制作栏杆部件；
②在拱顶安装栏杆4；
步骤三、安装橡胶板
①测量定位每条橡胶板5的安装位置并钻螺栓孔；
②使用钢板6、螺栓7将橡胶板5上部逐条安装在拱顶，相邻橡胶板5的重叠部51为5～10cm宽；
③将每条橡胶板5从拱顶坡3与栏杆4之间的存放处取出，其下部均放置在清理干净的地面1上；
隧道内布设炸药和爆破人员撤离出隧道，爆破启动装置放置在爆破安全距离外；
用铲车将沙袋8压住橡胶板5下部，并用捆绑带52与沙袋8上的吊钩81捆绑牢固；
步骤四、爆破后清除沙袋和收拢橡胶板
①在隧道开挖爆破成功规定时间后，解开捆绑带52，用铲车清除沙袋8并放置堆场，以待下次爆破防护备用；
②使用铲车和人工配合向上收拢橡胶板5，并存放在拱顶坡3与栏杆4之间；
下次爆破防护只需按照步骤三中③～步骤四循环操作，起到每次爆破的安全和噪声防护的作用。
本发明所述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种隧道开挖爆破冲击波防护装置，包括隧道洞口的拱圈（2），其特征在于所述的拱圈（2）拱顶与地面（1）之间设有多条垂挂安装的橡胶板（5），每条橡胶板上部均与拱圈（2）进行固定，每条橡胶板下部均由沙袋（8）压住，相邻橡胶板（5）相互之间均部分重叠，并形成完全遮盖隧道开挖断面的弹性防护结构，该弹性防护结构全断面屏蔽隧道内开挖爆破产生的冲击波和飞石。
2.根据权利要求1所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置，其特征在于所述的每条橡胶板（5）均为柔性材料板，仅受拉力而不承受力矩，每条橡胶板（5）的宽度均为，设置在拱圈（2）的拱顶中心处为最长橡胶板，其遮盖拱圈（2）顶部下缘与地面（1）之间的计算长度为，其余橡胶板（5）以最长橡胶板为中心，并沿拱圈（2）两侧依次对称设置，长度为拱圈（2）顶部下缘与地面（1）之间的高度，多条橡胶板（5）受到爆破冲击波的压强为；所述的每条橡胶板（5）上部均与拱圈（2）上缘连接，每条橡胶板（5）下部均与地面（1）的沙袋（8）底连接。
3.根据权利要求2所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置，其特征在于所述的每条橡胶板（5）均受到爆破冲击波的作用，爆破冲击波的压强和拱圈的拱顶中心处最长橡胶板（5）计算长度为、宽度为的最长橡胶板（5）受爆破冲击波作用下的挠曲线方程、拉力由如下公式计算：
公式一、
公式二、
则有
即
公式三、
挠曲线的长度为
橡胶板（5）受拉力时，伸长后的总长度为
由于挠曲线的长度等于橡胶板（5）受爆破冲击波伸长后的总长度即，得
将公式三中的与公式二中的联立可求出、；
在公式一、公式二、公式三中
——爆破冲击波压强峰值，通过试验确定，无试验资料时可由公式一经验公式计算，；
——炸药当量，；
——爆破面（11）至橡胶板（5）的距离，；
——隧道横断面面积，；
——爆高，，为装药中心至结构表面的距离，为装药等效半径，；
——装药的密度，；
——每条橡胶板（5）的宽度，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的横坐标，，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线至任一点的纵坐标，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后曲线至任一点范围内的横坐标，，；
——最长橡胶板（5）的计算长度，即弦长的长度，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线的长度,；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用下受拉力后伸长量,；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线或处轴与垂直面之间的夹角，；
——橡胶板（5）的拉伸弹性模量，；
——每条橡胶板（5）的截面积，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线横坐标为处的拉力，；
——橡胶板（5）受爆破冲击波作用后挠曲线或处的拉力，。
4.根据权利要求1所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置，其特征在于所述的每条橡胶板（5）上部均与拱圈（2）上缘顶面以钢板（6）压住，再用螺栓（7）连接固定，每条橡胶板（5）下部均设有粘结固定的捆绑带（52）。
5.根据权利要求1所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置，其特征在于所述的拱圈（2）为钢筋混凝土结构，在拱圈（2）的拱顶与拱顶坡（3）之间安装栏杆（4），该栏杆与拱顶坡（3）之间形成了供所述橡胶板（5）爆破完成后向上收拢存放的空间。
6.根据权利要求3所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置，其特征在于所述的沙袋（8）为袋装砂石，该沙袋上设有吊钩（81）；所述的最长橡胶板下部的沙袋压重量为，其中安全系数，其余橡胶板下部的压重量根据各自的长度由公式一～公式三计算，再乘以安全系数。
7.一种根据权利要求3所述的隧道开挖爆破冲击波防护装置的操作方法，其特征在于该操作方法包括如下步骤：
步骤一、采购制作橡胶板、栏杆、沙袋
①根据隧道开挖围岩类型、每次炸药使用量、爆破面与爆破冲击波防护装置的距离，由公式一、公式二、公式三计算或由试验确定爆破冲击波压强的强度；
②由公式二、公式三计算和角，购置合适的橡胶板（5）、沙袋（8）；
将每条橡胶板（5）下部均粘结捆绑带（52）；
沙袋（8）装填砂石并设置吊钩（81）后放置堆场备用；
步骤二、制作安装栏杆
①根据拱圈（2）拱顶的实际情况，制作栏杆部件；
②在拱顶安装栏杆（4）；
步骤三、安装橡胶板
①测量定位每条橡胶板（5）的安装位置并钻螺栓孔；
②使用钢板（6）、螺栓（7）将橡胶板（5）上部逐条安装在拱顶，相邻橡胶板（5）的重叠部（51）为5～10cm宽；
③将每条橡胶板（5）从拱顶坡（3）与栏杆（4）之间的存放处取出，其下部均放置在清理干净的地面（1）上；
隧道内布设炸药和爆破人员撤离出隧道，爆破启动装置放置在爆破安全距离外；
用铲车将沙袋（8）压住橡胶板（5）下部，并用捆绑带（52）与沙袋（8）上的吊钩（81）捆绑牢固；
步骤四、爆破后清除沙袋和收拢橡胶板
①在隧道开挖爆破成功规定时间后，解开捆绑带（52），用铲车清除沙袋（8）并放置堆场，以待下次爆破防护备用；
②使用铲车和人工配合向上收拢橡胶板（5），并存放在拱顶坡（3）与栏杆（4）之间；
下次爆破防护只需按照步骤三中③～步骤四循环操作，起到每次爆破的安全和噪声防护的作用。
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