CN112179229A - 一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩方法 - Google Patents

Abstract

一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩方法，特征是，在硬岩地层内开设炮孔；准备一电爆装载管，在纵向分割若干功能层。最后步骤七，电能转化为高压爆炸式机械能并不断向外辐射能量，迅速在各个储水器四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管施加在其对应的炮孔孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力，同时通过定位系统布设的电爆装载管与炮孔内壁之间的空气不耦合间隙促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔并作用于孔壁也产生孔壁冲击波压力，在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下，致使各个储水器处的高能流优先突破孔壁岩体的极限承受强度，使硬岩地层内在不同的深度范围实现多点多层全深度精准破碎岩石。

Description

一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩 方法

技术领域

本申请属于城市地铁硬岩地层电爆破岩技术领域，尤其是涉及一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩装置。

背景技术

城市地铁硬岩隧道施工，当岩石单轴抗压强度超过100MPa时，为避免高强度硬岩对复合式盾构刀具的磨损或损坏和提高掘进效率，通常采用传统的钻爆法进行隧道开挖。由于城市地铁施工一般位于城市中心或城郊，矿山法隧道爆破施工极易对周边的历史文物、既有线路、古旧建筑物和周围居民的生活造成影响。为减少影响，现有的研究主要是控制爆破施工的时间段、选用不同的上下台阶施工技术和精细爆破技术等，但均因炸药潜在危险系数大和振动、飞石、冲击波会使既有结构破坏和人体身心受到影响致其在城市地铁的应用受到限制。同时，现有城市地铁隧道的钻爆施工，炮孔的有效深度一般不超过5m，炮孔装药是靠工人的经验直接将多个药包连续放置在炮孔内与孔壁岩面直接接触，由于药包直径小于炮孔直径，造成人工现场放入炮孔内的药包表面与炮孔内壁之间的间隙分布不均匀，致使爆轰逐渐减弱以致中断，使能量不能充分利用，常常引起隧道的超欠挖和围岩损伤，且不利于增加隧道的进尺度和施工进度。因此，现有技术还没有系统开展城市地铁硬岩地层电爆破岩研究，也没有涉及深孔多点位对地铁硬岩地层进行空气不耦合结构和水耦合结构相互联合的电爆破岩装置和方法研究。

发明内容

本申请的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩装置，具有多点多层全深度释放高压放电压力冲击波能量、空气间隔水不耦合聚能致裂结构、能量分级均匀、利用率高和震动小、粉尘低的特点。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩方法，特征是，包括

步骤一，在硬岩地层14内开设炮孔13；

同时，准备一电爆装载管1，并将电爆装载管1在纵向分割若干功能层；

步骤二，在电爆装载管1每个功能层内都由金属铜丝与布设在电爆装载管1两侧的绝缘电流导线4连接，完成导线铺设；

步骤三，在电爆装载管1每个功能层设置储水器，通过注水孔5分别向各个储水器内部注满纯净水15，再利用密封塞6密封堵塞；

步骤四，利用堵塞器9封堵电爆装载管1的顶端；

步骤五，将电爆装载管1放置在炮孔13内，并通过定位系统12进行不耦合电爆结构的精准定位；

步骤六，将分别连接各功能层中金属铜丝的绝缘电流导线4与放电控制器1104对应的正负极连接，组成一个正负极电路通路；

步骤七，通过控制高压储能放电系统11中的放电控制器1104对高压储能器1103内的能量进行放电，此时放电电能遇纯净水15后致使各个储水器内部的温度迅速升高，并引起储水器内部的压力也迅速升高并膨胀，在纯净水15中形成高速扩张的水压冲击波，此时电能转化为高压爆炸式机械能并不断向外辐射能量，并迅速在各个储水器的四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管1施加在其对应的炮孔13的孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力，同时通过定位系统12布设的电爆装载管1与炮孔13内壁之间的空气不耦合间隙促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔13并作用于孔壁也产生孔壁冲击波压力，因而在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下，致使各个储水器处的高能流优先突破孔壁岩体的极限承受强度，使硬岩地层14内在不同的深度范围实现多点多层全深度精准破碎岩石。

一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩装置(方法)，实现对城市地铁硬岩地层大断面隧道利用电能进行深孔聚能电爆破岩。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本申请装置具有多点多层全深度释放高压放电压力冲击波能量的特点。本申请实施例装置通过控制放电控制器放电使其电能遇纯净水后致使第一储水器、第二储水器、第三储水器内部的温度迅速升高，并引起第一储水器、第二储水器、第三储水器内部的压力也迅速升高并膨胀，在纯净水中形成高速扩张的水压冲击波，并迅速在第一储水器、第二储水器、第三储水器的四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管施加在其对应的孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力。

2.本申请装置具有融合空气可压缩性和水不可压缩性的空气间隔水不耦合聚能致裂结构的特点。本申请装置通过定位系统致使电爆装载管与炮孔内壁之间构成空气不耦合间隙，促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔并作用于孔壁产生孔壁冲击波压力，同时充填于储水器内的纯净水遇高压放电电能后冲击压缩纯净水激起水压冲击波将高压冲击波压力传递给孔壁，因而在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下促使硬岩均匀破碎。

3.本申请装置能有效控制电爆震动、电爆飞石，具有能量传递分布均匀、能量利用率高、震动小、成本低、施工速度快和粉尘低的特点。

附图说明

图1为用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩装置的主剖面示意图。

图2为图1顺时针旋转90°后的剖面示意图。

图3为图1中A-A剖面俯视示意图。

图4为图1中B-B剖面仰视示意图。

图5为图1中C-C剖面仰视示意图。

图6为图1中D-D剖面俯视示意图。

图7为图1的电爆装载管放电后的高压冲击波压力释放示意图。

其中，

1为电爆装载管、2为储水系统、201为第一储水器、202为第二储水器、203为第三储水器、

3为金属铜丝系统、301为第一金属铜丝、302为第二金属铜丝、303为第三金属铜丝、

4为绝缘电流导线、5为注水孔、6为密封塞、7为放电预留孔、8为绝缘胶、9为堵塞器、10为高强快干胶、

11为高压储能放电系统、1101为变频升压控制器、1102为高压形成器、1103为高压储能器、1104为放电控制器、

12为定位系统、1201为第一定位器、1202为第二定位器、

13为炮孔、14为硬岩地层、15为纯净水。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本申请作进一步的说明。

实施例

方法设计(创新点)

一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩，特征是，包括

步骤一，在硬岩地层14内开设炮孔13；

同时，准备一电爆装载管1，并将电爆装载管1在纵向分割若干功能层；

步骤二，在电爆装载管1每个功能层内都由金属铜丝与布设在电爆装载管1两侧的绝缘电流导线4连接，完成导线铺设；

步骤三，在电爆装载管1每个功能层设置储水器，通过注水孔5分别向各个储水器内部注满纯净水15，再利用密封塞6密封堵塞；

步骤四，利用堵塞器9封堵电爆装载管1的顶端；

步骤五，将电爆装载管1放置在炮孔13内，并通过定位系统12进行不耦合电爆结构的精准定位；

步骤六，将分别连接各功能层中金属铜丝的绝缘电流导线4与放电控制器1104对应的正负极连接，组成一个正负极电路通路；

步骤七，通过控制高压储能放电系统11中的放电控制器1104对高压储能器1103内的能量进行放电，此时放电电能遇纯净水15后致使各个储水器内部的温度迅速升高，并引起储水器内部的压力也迅速升高并膨胀，在纯净水15中形成高速扩张的水压冲击波，此时电能转化为高压爆炸式机械能并不断向外辐射能量，并迅速在各个储水器的四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管1施加在其对应的炮孔13的孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力，同时通过定位系统12布设的电爆装载管1与炮孔13内壁之间的空气不耦合间隙促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔13并作用于孔壁也产生孔壁冲击波压力，因而在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下，致使各个储水器处的高能流优先突破孔壁岩体的极限承受强度，使硬岩地层14内在不同的深度范围实现多点多层全深度精准破碎岩石。

产品设计(创新点)

如图1～图7所示，一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩装置，包括电爆装载管1、储水系统2、金属铜丝系统3、绝缘电流导线4、、放电预留孔7、绝缘胶8、堵塞器9、高压储能放电系统11、炮孔13、硬岩地层14、纯净水15。各部分连接关系如下：

电爆装载管1的左右两侧对称布设绝缘电流导线4，绝缘电流导线4与电爆装载管1粘接连接；电爆装载管1的材质为聚氯乙烯，直径略小于炮孔13的直径，其长度可依据地铁硬岩隧道炮孔13的破岩深度进行设计；电爆装载管1的长度略小于炮孔13的深度。

储水系统2，包括第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203；电爆装载管1的内部由下往上依次等距间隔布设第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203；3个储水器的材质均为聚氯乙烯，其作用是用来储存纯净水15，因为水具有不可压缩性和较高的密度以及较大的流动粘度，主要为电爆地铁硬岩地层14提供破岩所需的放电通道和高速扩张的瞬时高水压冲击波能量。具体实施时，进一步公开细节，如图2所示，储水系统2还包括注水孔5、密封塞6：第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203的右侧上端均布设注水孔5，3个注水孔5待3个储水器内部全部充满纯净水15后，用密封塞6密封堵塞。

金属铜丝系统3，包括第一金属铜丝301、第二金属铜丝302、第三金属铜丝303；第一金属铜丝301、第二金属铜丝302、第三金属铜丝303分别布设在第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203的内部底端；第一金属铜丝301、第二金属铜丝302、第三金属铜丝303的左右两侧均通过布设的放电预留孔7分别与绝缘电流导线4的连接，并用绝缘胶8绝缘密封封堵两个放电预留孔7。

堵塞器9布设在电爆装载管1的最上端，并通过高强快干胶10(本实施例选择采用高强快干胶10，举例而非限定)与电爆装载管1密封连接；堵塞器9的材质为聚氯乙烯，直径略小于电爆装载管1的直径，其作用主要是增加炮孔13内部高压放电后高温致压膨胀反应的完成程度，充分利用高压放电后的压力冲击波能量，增强破岩效果。

高压储能放电系统11，包括变频升压控制器1101、高压形成器1102、高压储能器1103、放电控制器1104；变频升压控制器1101的作用是进行电压调节，把220V电压转变为不低于2kV高频高电压，确保电压恒定和过压保护作用；高压形成器1102的作用是升压整流为直流高压，确保对高压储能器1103能稳定充电；高压储能器1103的作用是储存放电所需的能量；放电控制器1104的作用是通过接通的高压电路通路将高压储能器1103内的能量全部进行放电。它们的连接关系：放电控制器1104的一端与绝缘电流导线4对应的正负极连接，另一端通过绝缘电流导线4与高压储能器1103连接，而高压储能器1103的一端则与高压形成器1102连接，高压形成器1102的另一端则与变频升压控制器1101连接；变频升压控制器1101必须进行接地处理。

更为优化、具体化设计，如图5和图6所示，本发明装置还设计有定位系统12，包括第一定位器1201、第二定位器1202；第一定位器1201布设在电爆装载管1的底端，呈90°布设，共设4个；第二定位器1202布设在电爆装载管1的顶端，共设2个，与绝缘电流导线4互为90°布设；布设定位系统12的作用主要是快速精确定位电爆装载管1处于炮孔13的中心位置，促使电爆装载管1与炮孔13的孔壁间隙均匀，确保空气不耦合电爆结构的精准性，是高压放电后的高温压力冲击波充满炮孔13后再作用于孔壁。

基于上述结构设计，本发明进一步给出其工作原理(创新点)：

在硬岩地层14内设炮孔13；然后通过第一金属铜丝301、第二金属铜丝302、第三金属铜丝303分别与布设在电爆装载管1两侧的绝缘电流导线4连接；进而通过注水孔5分别向第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203的内部注满纯净水15，再利用密封塞6密封堵塞；然后利用堵塞器9封堵电爆装载管1的顶端；然后将电爆装载管1放置在炮孔13内，并通过定位系统12进行不耦合电爆结构的精准定位；最后，将分别连接第一金属铜丝301、第二金属铜丝302、第三金属铜丝303的绝缘电流导线4与放电控制器1104对应的正负极连接，组成一个正负极电路通路，通过控制高压储能放电系统11中的放电控制器1104对高压储能器1103内的能量进行放电，此时放电电能遇纯净水15后致使第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203内部的温度迅速升高，并引起第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203内部的压力也迅速升高并膨胀，在纯净水15中形成高速扩张的水压冲击波，此时电能转化为高压爆炸式机械能并不断向外辐射能量，并迅速在第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203的四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管1施加在其对应的炮孔13的孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力，同时通过定位系统12布设的电爆装载管1与炮孔13内壁之间的空气不耦合间隙促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔13并作用于孔壁也产生孔壁冲击波压力，因而在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下，致使第一储水器201、第二储水器202、第三储水器203处的高能流优先突破孔壁岩体的极限承受强度，使硬岩地层14内在不同的深度范围实现多点多层全深度精准破碎岩石。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请的揭示，不脱离本申请范畴所做出的改进和修改都应该在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于地铁硬岩的深孔多点空气间隔水不耦合电爆破岩方法，特征是，包括

步骤一，在硬岩地层14内开设炮孔13；

同时，准备一电爆装载管1，并将电爆装载管1在纵向分割若干功能层；

步骤二，在电爆装载管1每个功能层内都由金属铜丝与布设在电爆装载管1两侧的绝缘电流导线4连接，完成导线铺设；

步骤三，在电爆装载管1每个功能层设置储水器，通过注水孔5分别向各个储水器内部注满纯净水15，再利用密封塞6密封堵塞；

步骤四，利用堵塞器9封堵电爆装载管1的顶端；

步骤五，将电爆装载管1放置在炮孔13内，并通过定位系统12进行不耦合电爆结构的精准定位；

步骤六，将分别连接各功能层中金属铜丝的绝缘电流导线4与放电控制器1104对应的正负极连接，组成一个正负极电路通路；

步骤七，通过控制高压储能放电系统11中的放电控制器1104对高压储能器1103内的能量进行放电，此时放电电能遇纯净水15后致使各个储水器内部的温度迅速升高，并引起储水器内部的压力也迅速升高并膨胀，在纯净水15中形成高速扩张的水压冲击波，此时电能转化为高压爆炸式机械能并不断向外辐射能量，并迅速在各个储水器的四周形成多点多层高能流，优先集中通过电爆装载管1施加在其对应的炮孔13的孔壁上产生多点多层孔壁冲击波压力，同时通过定位系统12布设的电爆装载管1与炮孔13内壁之间的空气不耦合间隙促使放电辐射能量膨胀并均匀充满整个炮孔13并作用于孔壁也产生孔壁冲击波压力，因而在空气不耦合和水不耦合聚能致裂结构的共同作用下，致使各个储水器处的高能流优先突破孔壁岩体的极限承受强度，使硬岩地层14内在不同的深度范围实现多点多层全深度精准破碎岩石。

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