CN111101952A - 一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，涉及隧道爆破施工技术领域，其技术方案要点是：1)布置炮眼钻孔位置，并进行钻孔；2)进行钻孔的同时，实时记录钻孔过程中钻头的进给位移和钻进时间，并分析测算炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况；3)根据步骤2)中不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算钻孔内不同位置段炸药填药量；4)根据步骤3)中的炸药填药量，将乳化炸药分段固定于聚能管内对应位置段后塞入钻孔；5)封孔，连接引线引爆。能够根据岩层强度大小设计爆破填药量，使得爆破易形成预先设计的断面形状，并防止造成超欠挖现象；同时，节省爆破材料，降低爆破施工成本，减小隧道开挖对隧道周边围岩的扰动性损伤。
Description
技术领域
本发明涉及隧道爆破施工技术领域，更具体地说，它涉及一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法。
背景技术
我国是一个多山国家，山地和丘陵占据了国土面积的70％左右，同时又是一个人口众多的国家，为了满足社会与经济发展日益增长的需求，我国在隧道和地下空间的开发方面不断地向深部发展。而在自然界中具有层状结构的沉积岩占陆地面积的三分之二，许多变质岩也具有层状构造特征，所以人类在修建地下工程时会遇到层状岩体稳定问题。层状岩体是指有一组结构面占绝对优势(如层面、片理面等)的岩体，它们是典型的复杂岩体之一，具有横观各向同性。优势结构面大多属于物质分异面，平行优势结构面方向的岩体组成基本相同，而垂直优势结构面方向的岩体组成则呈现频繁的软硬交替。
众所周知，不同岩土体的稳定条件与破坏机理不同。对于层状岩体隧道而言，不同岩层倾角、岩层厚度，隧道轴线与岩层走向等条件下，隧道开挖后，围岩表现出的力学特征与支护受力都不一样，也就是层状岩体的这些特点决定了隧道破坏模式的复杂性。因此，对复杂层状岩体隧道爆破开挖技术的改进与完善，对提高围岩稳定性、确保支护结构质量及施工进度及施工安全均有重要的工程意义。
目前，光面爆破技术是隧道工程掘进采用的主要施工技术，它不仅能使隧道周边形成一个光滑平整的轮廓，还能使隧道围岩不产生较大损伤，从而保持围岩的完整性和自身承载能力。但在层状岩体进行隧道开挖爆破时，由于层面的存在使得岩体的各向异性十分显著，且造成了围岩的不连续性，爆破时产生爆轰气体首先沿着最薄弱的层理面扩展，导致岩层剥落，断面很难形成预先设计的断面形状，造成了超欠挖现象极为严重，这不仅耗费更多的爆破及支护材料，减缓了施工进度，且对围岩的扰动性损伤很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，能够根据岩层强度大小设计爆破填药量，使得爆破易形成预先设计的断面形状，并防止造成超欠挖现象；同时，节省爆破材料，降低爆破施工成本，减小隧道开挖对隧道周边围岩的扰动性损伤。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，具体包括以下步骤：
1)根据隧道开挖爆破施工方案，在隧道开挖截面布置炮眼钻孔位置，然后根据布置的炮眼钻孔位置，采用钻机进行炮眼钻孔；
2)在进行步骤1)中钻孔的同时，在钻机推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机上的超声波测距传感器和计时器分别实时监测记录钻机的钻头的进给位移和钻进时间，并将实时监测记录的钻机的钻头的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器和计时器通讯连接的数据分析与处理系统，通过数据分析与处理系统分析整理出钻机的钻头的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况；
3)根据步骤2)中炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据；
4)装填炸药，对步骤1)的炮眼钻孔进行清孔，并根据步骤3)中分析测计算出的炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，将乳化炸药分段为不同长度，并将分段为不同长度的乳化炸药装填固定于聚能管与炮眼钻孔内对应的位置段内，并设置与乳化炸药连接的导爆引线，然后将聚能管塞入炮眼钻孔内；
5)炮眼钻孔封孔，采用炮泥将装填有聚能管的炮眼钻孔进行封孔，并连接导爆引线，沿隧道开挖截面实施爆破。
通过采用上述技术方案，在对复杂层状岩层隧道进行爆破施工的过程中，根据隧道开挖爆破施工方案，布置炮眼炮孔的分布位置，其中炮眼炮孔包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼；然后通过钻机进行钻孔操作；在进行炮眼钻孔的同时，在钻机钻杆推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机上的超声波测距传感器和计时器，能够分别对钻机的钻头的进给位移和钻进时间进行实时监测与记录，并将实时监测的该钻杆的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器和计时器通讯连接的数据分析与处理系统，通过数据分析与处理系统内的数据分析处理程序，对该数据信息的分析与处理，从而能够分析整理出钻机的钻头的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况，并根据炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算出炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，从而便于在聚能管中不同位置段装填不同量的炸药，从而便于对层状岩层隧道内强弱不同的岩层实施不同强度的爆破效果；通过步骤1)至步骤5)的复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，能够根据岩层强度大小设计爆破填药量，使得爆破易形成预先设计的断面形状，并防止造成超欠挖现象；同时，节省爆破材料，降低爆破施工成本，减小隧道开挖对隧道周边围岩的扰动性损伤。
本发明进一步设置为：步骤2)中所述的超声波测距传感器和计时器安装于钻机钻杆远离钻机的钻头的端部；所述数据分析与处理系统为能够进行数据分析与计算的PC终端；所述超声波测距传感器和计时器与数据分析与处理系统通过无线发射器连接。
通过采用上述技术方案，超声波测距传感器安装于钻机钻杆远离钻机的钻头的端部，便于在钻机进行钻孔的过程中，实时监测钻机钻杆位于隧道岩层外的距离信息，并将该距离信息传递至数据分析与处理系统，数据分析与处理系统根据该距离信息，结合植入数据分析与处理系统钻机钻杆的长度，计算出钻杆钻进岩层中的深度，从而计算出钻杆钻头的钻机位移，从而实现超声波测距传感器实时监测记录钻机的钻头钻进位移的目的；通过计时器，便于实时记录钻机钻孔过程中的时间；通过无线发射器，便于超声波测距传感器和计时器与数据分析与处理系统之间的数据信息的传输。
本发明进一步设置为：步骤1)中所述的炮眼钻孔的深度为2-3m。
通过采用上述技术方案，炮孔炮眼包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼，根据现场施工方案及围岩情况，针对III级围岩，掏槽眼深度、辅助眼、周边眼和底眼的深度均为2.8m，针对IV级围岩，掏槽眼深度、辅助眼、周边眼和底眼的深度均为2.2m，炮眼钻孔的深度为2-3m，便于达到预计的爆破效果。
本发明进一步设置为：步骤2)中数据分析与处理系统分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况的具体方法为：包括以下步骤：
A、通过超声波测距传感器和计时器分别实时监测记录的钻机的钻头的进给位移和钻进时间数据，并将实时监测记录的钻头进给位移和钻进时间数据传递至数据分析与处理系统，然后数据分析与处理系统将钻头进给位移和钻进时间数据进行分析整理成钻头的位移-时间曲线图，并根据该钻头的位移-时间曲线图对钻头的进给位移进行分段，即不同进给位移分段为钻孔内不同位置段的质地强弱情况不同的岩层；
B、根据步骤A中的进给位移分段，结合钻头的位移-时间曲线图中对于进给位移分段的曲线的斜率，将对应进给位移段的曲线斜率大的进给位移分段分析判定为质地软弱岩层，将对应进给位移段的曲线斜率小的进给位移分段分析判定为质地强的岩层。
通过采用上述技术方案，钻机在进行炮眼钻孔的同时，通过超声波测距传感器和计时器分别实时监测记录的钻机的钻头的进给位移和钻进时间数据，便于数据分析与处理系统根据钻机的钻头的进给位移和钻进时间数据分析整理出钻机的钻头的位移-时间曲线图；然后数据分析与处理系统根据该钻机的钻头的位移-时间曲线图，分析测算出钻孔内不同位置段的岩层质地强弱情况，并结合植入数据分析与处理系统中的乳化炸药对不同岩层的爆破效果数据计算出炮眼钻孔内不同位置段的填药量，从而便于对炮眼钻孔内不同位置段的填药量的设计。
本发明进一步设置为：步骤1)中所述的炮眼钻孔的直径为25mm～45mm。
通过采用上述技术方案，炮眼钻孔的直径为25mm～45mm，利于爆破炸药装填的同时，还便于提高爆破利用率和降低爆破材料的消耗。
综上所述，本发明具有以下有益效果：在对复杂层状岩层隧道进行爆破施工的过程中，根据隧道开挖爆破施工方案，布置炮眼炮孔的分布位置，其中炮眼炮孔包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼；然后通过钻机进行钻孔操作；在进行炮眼钻孔的同时，在钻机钻杆推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机上的超声波测距传感器和计时器，能够分别对钻机的钻头的进给位移和钻进时间进行实时监测与记录，并将实时监测的该钻杆的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器和计时器通讯连接的数据分析与处理系统，通过数据分析与处理系统内的数据分析处理程序，对该数据信息的分析与处理，从而能够分析整理出钻机的钻头的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况，并根据炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算出炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，从而便于在聚能管中不同位置段装填不同量的炸药，从而便于对层状岩层隧道内强弱不同的岩层实施不同强度的爆破效果；通过步骤1)至步骤5)的复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，能够根据岩层强度大小设计炸药的填药量，便于使爆破形成预先设计的断面形状，并防止造成超欠挖的现象；同时，能够节省爆破材料，降低爆破施工成本，且能够减小隧道开挖对隧道周边围岩的扰动性损伤。
附图说明
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中超声波测距传感器和计时器的安装示意图；
图3是本发明实施例中的结构框图。
图中：1、钻机；2、钻头；3、超声波测距传感器；4、计时器；5、数据分析与处理系统；6、无线发射器。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，如图1、图2和图3所示，具体包括以下步骤：
1)根据隧道开挖爆破施工方案，在隧道开挖截面布置炮眼钻孔位置，然后根据布置的炮眼钻孔位置，采用钻机1进行炮眼钻孔；
2)在进行步骤1)中钻孔的同时，在钻机1推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机1上的超声波测距传感器3和计时器4分别实时监测记录钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间，并将实时监测记录的钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器3和计时器4通讯连接的数据分析与处理系统5，通过数据分析与处理系统5分析整理出钻机1的钻头2的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况；
3)根据步骤2)中炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据；
4)装填炸药，对步骤1)的炮眼钻孔进行清孔，并根据步骤3)中分析测计算出的炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，将乳化炸药分段为不同长度，并将分段为不同长度的乳化炸药装填固定于聚能管与炮眼钻孔内对应的位置段内，并设置与乳化炸药连接的导爆引线，然后将聚能管塞入炮眼钻孔内；
5)炮眼钻孔封孔，采用炮泥将装填有聚能管的炮眼钻孔进行封孔，并连接导爆引线，沿隧道开挖截面实施爆破。
在本实施例中，在对复杂层状岩层隧道进行爆破施工的过程中，根据隧道开挖爆破施工方案，布置炮眼炮孔的分布位置，其中炮眼炮孔包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼；然后通过钻机1进行钻孔操作；在进行炮眼钻孔的同时，在钻机1钻杆推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机1上的超声波测距传感器3和计时器4，能够分别对钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间进行实时监测与记录，并将实时监测的该钻杆的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器3和计时器4通讯连接的数据分析与处理系统5，通过数据分析与处理系统5内的数据分析处理程序，对该数据信息的分析与处理，从而能够分析整理出钻机1的钻头2的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况，并根据炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算出炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，从而便于在聚能管中不同位置段装填不同量的炸药，从而便于对层状岩层隧道内强弱不同的岩层实施不同强度的爆破效果；通过步骤1)至步骤5)的复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，能够根据岩层强弱情况设计炸药的填药量，便于使爆破形成预先设计的断面形状，并防止造成超欠挖的现象；同时，能够节省爆破材料，降低爆破施工成本，且对隧道开挖断面周边围岩的扰动性损伤小。
步骤2)中所述的超声波测距传感器3和计时器4安装于钻机1钻杆远离钻机1的钻头2的端部；所述数据分析与处理系统5为能够进行数据分析与计算的PC终端；所述超声波测距传感器3和计时器4与数据分析与处理系统5通过无线发射器6连接。
在本实施例中，无线发射器6为wifi发射器或蓝牙信号发射器。超声波测距传感器3安装于钻机1钻杆远离钻机1的钻头2的端部，便于在钻机1进行钻孔的过程中，实时监测钻机1钻杆位于隧道岩层外的距离信息，并将该距离信息传递至数据分析与处理系统5，数据分析与处理系统5根据该距离信息，结合植入数据分析与处理系统5钻机1钻杆的长度，计算出钻杆钻进岩层中的深度，从而计算出钻杆钻头2的钻机1位移，从而实现超声波测距传感器3实时监测记录钻机1的钻头2钻进位移的目的；通过计时器4，便于实时记录钻机1钻孔过程中的时间；通过无线发射器6，便于超声波测距传感器3和计时器4与数据分析与处理系统5之间的数据信息的传输。
步骤1)中所述的炮眼钻孔的深度为2-3m。
在本实施例中，炮孔炮眼包括掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼，根据现场施工方案及围岩情况，针对III级围岩，掏槽眼深度、辅助眼、周边眼和底眼的深度均为2.8m，针对IV级围岩，掏槽眼深度、辅助眼、周边眼和底眼的深度均为2.2m，炮眼钻孔的深度为2-3m，便于达到预计的爆破效果。
步骤2)中数据分析与处理系统5分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况的具体方法为：包括以下步骤：
A、通过超声波测距传感器3和计时器4分别实时监测记录的钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间数据，并将实时监测记录的钻头2进给位移和钻进时间数据传递至数据分析与处理系统5，然后数据分析与处理系统5将钻头2进给位移和钻进时间数据进行分析整理成钻头2的位移-时间曲线图，并根据该钻头2的位移-时间曲线图对钻头2的进给位移进行分段，即不同进给位移分段为钻孔内不同位置段的质地强弱情况不同的岩层；
B、根据步骤A中的进给位移分段，结合钻头2的位移-时间曲线图中对于进给位移分段的曲线的斜率，将对应进给位移段的曲线斜率大的进给位移分段分析判定为质地软弱岩层，将对应进给位移段的曲线斜率小的进给位移分段分析判定为质地强的岩层。
在本实施例中，钻机1在进行炮眼钻孔的同时，通过超声波测距传感器3和计时器4分别实时监测记录的钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间数据，便于数据分析与处理系统5根据钻机1的钻头2的进给位移和钻进时间数据分析整理出钻机1的钻头2的位移-时间曲线图；然后数据分析与处理系统5根据该钻机1的钻头2的位移-时间曲线图，分析测算出钻孔内不同位置段的岩层质地强弱情况，并结合植入数据分析与处理系统5中的乳化炸药对不同岩层的爆破效果数据计算出炮眼钻孔内不同位置段的填药量，从而便于对炮眼钻孔内不同位置段的填药量的设计。
步骤1)中所述的炮眼钻孔的直径为25mm～45mm。
在本实施例中，炮眼钻孔的直径为25mm～45mm，利于爆破炸药装填的同时，还便于提高爆破利用率和降低爆破材料的消耗。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，其特征是：具体包括以下步骤：
1)根据隧道开挖爆破施工方案，在隧道开挖截面布置炮眼钻孔位置，然后根据布置的炮眼钻孔位置，采用钻机(1)进行炮眼钻孔；
2)在进行步骤1)中钻孔的同时，在钻机(1)推力和转速恒定的条件下，通过安装于钻机(1)上的超声波测距传感器(3)和计时器(4)分别实时监测记录钻机(1)的钻头(2)的进给位移和钻进时间，并将实时监测记录的钻机(1)的钻头(2)的进给位移和钻进时间数据信息传递至与超声波测距传感器(3)和计时器(4)通讯连接的数据分析与处理系统(5)，通过数据分析与处理系统(5)分析整理出钻机(1)的钻头(2)的运动轨迹曲线图，并分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况；
3)根据步骤2)中炮眼钻孔内不同位置段岩层的质地强弱状况，分析计算炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据；
4)装填炸药，对步骤1)的炮眼钻孔进行清孔，并根据步骤3)中分析测计算出的炮眼钻孔内不同位置段炸药的建议填充量数据，将乳化炸药分段为不同长度，并将分段为不同长度的乳化炸药装填固定于聚能管与炮眼钻孔内对应的位置段内，并设置与乳化炸药连接的导爆引线，然后将聚能管塞入炮眼钻孔内；
5)炮眼钻孔封孔，采用炮泥将装填有聚能管的炮眼钻孔进行封孔，并连接导爆引线，沿隧道开挖截面实施爆破。
2.根据权利要求1所述的一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，其特征是：步骤2)中所述的超声波测距传感器(3)和计时器(4)安装于钻机(1)钻杆远离钻机(1)的钻头(2)的端部；所述数据分析与处理系统(5)为能够进行数据分析与计算的PC终端；所述超声波测距传感器(3)和计时器(4)与数据分析与处理系统(5)通过无线发射器(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，其特征是：步骤1)中所述的炮眼钻孔的深度为3-5m。
4.根据权利要求1所述的一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，其特征是：步骤2)中数据分析与处理系统(5)分析测算出炮眼钻孔内不同位置段的岩层的质地强弱状况的具体方法为：包括以下步骤：
A、通过超声波测距传感器(3)和计时器(4)分别实时监测记录的钻机(1)的钻头(2)的进给位移和钻进时间数据，并将实时监测记录的钻头(2)进给位移和钻进时间数据传递至数据分析与处理系统(5)，然后数据分析与处理系统(5)将钻头(2)进给位移和钻进时间数据进行分析整理成钻头(2)的位移-时间曲线图，并根据该钻头(2)的位移-时间曲线图对钻头(2)的进给位移进行分段，即不同进给位移分段为钻孔内不同位置段的质地强弱情况不同的岩层；
B、根据步骤A中的进给位移分段，结合钻头(2)的位移-时间曲线图中对于进给位移分段的曲线的斜率，将对应进给位移段的曲线斜率大的进给位移分段分析判定为质地软弱岩层，将对应进给位移段的曲线斜率小的进给位移分段分析判定为质地强的岩层。
5.根据权利要求1所述的一种复杂层状岩层隧道爆破的施工方法，其特征是：步骤1)中所述的炮眼钻孔的直径为25mm～45mm。
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