CN113432498B - 一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法，属于隧道钻爆法施工领域。根据采集的炮孔围岩信息提前预制单孔炸药筒，现场快速投放，实现装药便捷化。周边眼所用单孔炸药筒的装药管内封装浆体，实现水力压裂爆破，提升爆破效率。采用无人机械臂安装单孔炸药筒，减少人员参与，提升施工安全水平。单孔炸药筒设置爆破控制终端，通过远程爆破控制设备与爆破控制终端信息交互，所有单孔炸药筒安装完成后，发送位置信息对炮孔位置定位，远程爆破控制设备根据炮孔位置信息，依靠预先设定程序自动进行炮孔识别及起爆延迟时间设计，实现爆破智能化。爆破控制终端设置时钟单元，进行整体校时，当通讯信号出现迟滞时，通过时钟单元对起爆时间精准控制。

Description

一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法

技术领域

本发明属于隧道钻爆法施工技术领域，涉及一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法。

背景技术

目前除城市轨道交通部分采用盾构法或TBM法施工外，公路隧道、铁路隧道、水工隧道仍以钻爆法施工为主。钻爆法施工的隧道，需要大量人员进行现场施工，作业人员多，安全压力大，工期不可控因素多。

钻爆法隧道施工经历了如下施工环节：测量→钻孔→装药→爆破→通风→出渣排险→喷浆支护。现有的钻爆法爆破需要现场人工进行定位、钻孔、装药、堵塞炮孔、连线、引爆等操作。这种爆破方式不具备安装—爆破一体成型的特点，整个操作环节需要投入人力资源多，功效低，安全隐患突出。

目前除装药和爆破外，测量、钻孔、通风、出渣排险、喷浆支护等环节都可以采用无人化、智能化、远程操控的方式实现，可以说爆破环节是制约隧道施工实现无人化、智能化、远程操控的关键环节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法，以解决当前钻爆法隧道施工爆破环节存在的不足。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法，包括以下步骤：

S1.在隧道掌子面上施做炮孔，炮孔分为拔心眼、辅助眼和周边眼；

S2.采用钻孔电视窥探周边眼炮孔围岩内节理信息；

S3.根据钻孔电视反馈的周边眼炮孔围岩信息提前预制单孔炸药筒；单孔炸药筒包括装药管、填装在装药管内的炸药、插接在装药管一端的爆破控制终端，以及连接炸药和爆破控制终端的导爆索，爆破控制终端包括有时钟单元和定位单元；

S4.采用机械臂向炮孔内安装预制好的单孔炸药筒；

S5.通过事先设定了程序算法的远程爆破控制设备向爆破控制终端发出激活信号，爆破控制终端通过定位单元向远程爆破控制设备反馈炮孔位置信息；远程爆破控制设备向各爆破控制终端发出当前的时间信息，各爆破控制终端收到信息后，对时钟单元当前时刻进行赋值，并向远程爆破控制设备反馈时间信息，若时间差较大，如此往返调试多次，将各爆破控制终端的时间调试到同一个时间体系下；

S6.远程爆破控制设备根据炮孔位置信息，进行炮孔性质识别，并自动进行各炮孔炸药起爆时间设计，爆破分n个批次进行，对各爆破控制终端的起爆时间进行赋值并将相关起爆时间赋值信息传递给爆破控制终端，爆破控制终端起爆时间赋值成功后，向远程爆破控制设备反馈赋值成功的信息；

每个批次的起爆时间分别为：t+Δt+Δt₁，t+Δt+Δt₂，……，t+Δt+Δt_n；其中，t为远程爆破控制设备按下起爆键时的当前时刻，Δt为时钟单元的预留缓冲时间，Δt₁～Δt_n为各批次爆破控制终端被赋值的起爆延时时间。

S7.远程爆破控制设备收到所有爆破控制终端反馈的起爆时间赋值成功的信号后，向爆破控制终端发出爆破信号；

S8.爆破控制终端接收到爆破信号后按照赋值的起爆时间，通过导爆索引爆炸药，同时向远程爆破控制设备反馈已经引爆炸药的信息；

S9.远程爆破控制设备根据爆破控制终端反馈的爆破信息远程检查是否存在哑炮，并且确定哑炮的具体位置。

进一步，步骤S6中，拔心眼先爆破，然后辅助眼逐层爆破，最后周边眼爆破。

进一步，步骤S3中，针对周边眼的单孔炸药筒与针对拔心眼和辅助眼的单孔炸药筒不同，针对周边眼的单孔炸药筒其炸药与装药管内壁之间留有间隙，间隙内填装有浆体，浆体和炸药之间通过防渗透薄膜进行隔断；针对拔心眼和辅助眼的单孔炸药筒其装药管内则装满炸药。

进一步，针对周边眼的单孔炸药筒，其装药管的轴心与炸药的轴心偏移，形成偏心不耦合装药结构，装药管较厚一侧靠近围岩，较薄一侧靠近应开挖的岩体，在爆破过程中可保护围岩，便于形成光面。

进一步，爆破控制终端还包括用于供电的电池及信号连接的无线通讯模块、控制单元、点火控制开关、点火电路和导爆雷管。

进一步，远程爆破控制设备包括用于供电的电池及信号连接的交互界面、控制单元和无线通讯模块。

本发明的有益效果在于：

1.单孔炸药筒的爆破控制终端与远程爆破控制设备能够信息交互，炮孔内单孔炸药筒安装完成后，发送位置信息对炮孔位置定位，远程爆破控制设备根据炮孔位置信息，依靠预先设定的程序自动进行各孔起爆时间设计，实现爆破作业智能化。

2.爆破控制终端内置时钟单元，经过信息交互校时，可以保证所有爆破控制终端在一个时间体系下。远程爆破控制设备通过对多个爆破控制终端发出爆破指令，时钟单元对通讯信号延时进行缓冲，防止因通讯不畅对分批爆破产生不利影响，精准控制每个爆破控制终端的起爆时间，实现了爆破的智能化作业管理与精细化作业，提升了爆破质量。

3.完成爆破作业后，可以实现远程检查是否存在哑炮，精准定位当前哑炮的位置，降低了施工风险，具有良好的安全效益。

4.炸药装药在工厂中预先制作，流水化生产，在隧道爆破现场直接装孔一次投放，且不需要连线，节省了施工现场操作环节，实现了爆破作业的便捷化，节省了装药时间，提高了工作效率。

5.提前采集炮孔围岩信息，根据炮孔围岩信息来加工单孔炸药筒装药管结构，保证单孔炸药筒与炮孔的精准适配，实现了爆破作业的精细化。

6.针对隧道爆破时周边眼和其他眼(拔心眼、辅助眼)所需要的装药量及炸药结构不同，有区别地预制单孔炸药筒。周边眼所需的单孔炸药筒装药管内封装有浆体，具有水力压裂爆破的效果，实现节能环保，提升爆破效率。

7.采用无人机械臂完成单孔炸药筒的安装，减少了爆破现场作业人员，降低了施工风险，提升了施工安全水平。

8.在装配式爆破这一环节研发成功，钻爆法隧道施工全过程将有条件实现无人智能化施工，对隧道施工的质量、安全、进度、投资都有明显的社会经济效益。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为隧道炮孔分布及起爆时间排序(图中1～8)示意图；

图2为针对周边眼的单孔炸药筒的结构示意图；

图3为针对拔心眼、辅助眼等其他眼的单孔炸药筒的结构示意图；

图4为隧道装配式爆破控制原理示意图。

附图标记：装药管1、浆体2、炸药3、防渗透薄膜4、导爆索5、爆破控制终端6、远程爆破控制设备7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，为一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法，包括以下步骤：

S1.在隧道掌子面上施做炮孔，炮孔分为拔心眼、辅助眼和周边眼；

S2.采用钻孔电视窥探周边眼炮孔围岩内节理信息；

S3.根据钻孔电视反馈的周边眼炮孔围岩信息提前预制单孔炸药筒；

单孔炸药筒的结构是根据炮孔具体位置决定的，如隧道爆破时周边眼和其他眼(拔心眼、辅助眼)所需要的装药量及装药结构是不同的，因此，针对不同炮孔制作不同的单孔炸药筒。

如图2所示，针对周边眼的单孔炸药筒包括装药管1、分段且间隔填装在装药管1内的炸药3、插接在装药管1一端的爆破控制终端6，以及连接炸药3和爆破控制终端6的导爆索5，炸药3未填满装药管1内腔，在炸药3与装药管1内壁之间留有间隙，间隙内填装有浆体2，浆体2的主要成分为水，浆体2和炸药3之间通过防渗透薄膜4进行隔断，防止炸药3潮湿失效而无法引爆。在装药管1内封装浆体2，实现水力压裂爆破的效果，实现节能环保，提升爆破效率。

此外，针对周边眼的单孔炸药筒，其装药管1的轴心与炸药3的轴心偏移，形成偏心不耦合装药结构，装药管1较厚一侧靠近围岩，较薄一侧靠近应开挖的岩体，在爆破过程中可保护围岩，便于形成光面。

爆破控制终端6包括用于供电的电池及信号连接的无线通讯模块、时钟单元、控制单元、点火控制开关、点火电路和导爆雷管，以及与无线通讯模块通信连接的定位单元。

如图3所示，针对其他眼的单孔炸药筒则在其装药管1内装满炸药3，未封装浆体2。

单孔炸药筒在工厂中预先制作，流水化生产，在隧道爆破现场直接装孔一次投放，且不需要连线，节省了施工现场操作环节，实现了爆破作业的便捷化，节省了装药时间，提高了工作效率。

S4.采用机械臂向炮孔内安装预制好的单孔炸药筒；

装药过程减少了人员参与，降低了施工风险，提升了施工安全水平，实现快捷、精细化装药。

S5.通过事先设定了程序算法的远程爆破控制设备7向爆破控制终端6发出激活信号，爆破控制终端6向远程爆破控制设备反馈炮孔位置信息；远程爆破控制设备7向各爆破控制终端6发出当前的时间信息，各爆破控制终端6收到信息后，对时钟单元当前时刻进行赋值，并向远程爆破控制设备7反馈时间信息，若时间差较大，如此往返调试多次，将各爆破控制终端6的时间调试到同一个时间体系下；

远程爆破控制设备7包括用于供电的电池及信号连接的交互界面、控制单元和无线通讯模块。远程爆破控制设备7的无线通讯模块与爆破控制终端6的无线通讯模块之间进行通信。

S6.远程爆破控制设备7根据炮孔位置信息，进行炮孔性质识别，并自动进行各炮孔炸药3起爆时间设计，爆破分多个批次进行，对各爆破控制终端6的起爆时间进行赋值并将相关起爆时间赋值信息传递给爆破控制终端6，爆破控制终端6起爆时间赋值成功后，向远程爆破控制设备7反馈赋值成功的信息；

如图1所示，不同炮孔的起爆时间是不同的，拔心眼先爆破，然后辅助眼逐层爆破，最后周边眼爆破。例如：爆破共分8个批次，每个批次的起爆时间分别为：t+Δt+Δt₁，t+Δt+Δt₂，t+Δt+Δt₃，t+Δt+Δt₄，t+Δt+Δt₅，t+Δt+Δt₆，t+Δt+Δt₇，t+Δt+Δt₈；其中，t为远程爆破控制设备7按下起爆键时的当前时刻，Δt为时钟单元的预留缓冲时间，一般设置为固定几秒钟时间，Δt₁～Δt₈为各批次爆破控制终端6被赋值的起爆延时时间。

由于目前大多数通讯网络存在延迟，影响爆破控制的精准性，因此在爆破控制终端6内设置了时钟单元，接收起爆时间赋值信息(爆破点火作业的时间点)后，时钟单元进行点火倒计时，保证延时爆破的精准性。

S7.远程爆破控制设备7收到所有爆破控制终端6反馈的起爆时间赋值成功的信号后，向爆破控制终端6发出爆破信号；

S8.爆破控制终端6接收到爆破信号后按照赋值的起爆时间，通过导爆索5引爆炸药3，同时向远程爆破控制设备7反馈已经引爆炸药3的信息；

S9.远程爆破控制设备7根据爆破控制终端6反馈的爆破信息远程检查是否存在哑炮(如未有爆破信息反馈或者爆破后仍有信息反馈的，可能起爆不成功)，并且确定哑炮的具体位置，并通过交互界面显示出哑炮位置；降低了施工风险，具有良好的安全效益。

总的来说，爆破控制终端6与远程爆破控制设备7可以进行全过程信息交互：

爆破准备阶段：爆破控制终端6可以对炮孔位置进行定位，并反馈给远程爆破控制设备7，远程爆破控制设备7可以根据炮孔位置由内置程序自动的设计各孔起爆时间，并向爆破控制终端6进行起爆时间赋值。

爆破作业中：爆破控制终端6内置时钟单元，通过远程爆破控制设备7对所有爆破控制终端6进行校时后，所有爆破控制终端6处于一个时间体系下，具体的起爆时间点通过时钟单元进行控制，即使因网络延迟收到的起爆命令短时间迟滞，也不会影响各爆破控制终端6最终起爆时间间隔。

爆破完成后：爆破控制终端6引爆炸药3后，向远程爆破控制设备7反馈起爆信息，可以用于检查哑炮。

本发明实现了钻爆法施工现场的快速装药、爆破起爆顺序的智能设计、爆破装药结构精细设计、远程精准延时控制爆破，简化了隧道钻爆法施工的程序，提高了爆破作业质量，提高了现场作业安全。弥补了当前钻爆法隧道施工在爆破作业中机械化程度低、智能化程度低、信息化程度低的短板，使得钻爆法隧道施工全过程将有条件实现无人智能化施工，对隧道施工的质量、安全、进度都有明显的社会经济效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.在隧道掌子面上施做炮孔，炮孔分为拔心眼、辅助眼和周边眼；

S2.采用钻孔电视窥探周边眼炮孔围岩内节理信息；

S3.根据钻孔电视反馈的周边眼炮孔围岩内节理信息提前预制单孔炸药筒；单孔炸药筒包括装药管、填装在装药管内的炸药、插接在装药管一端的爆破控制终端，以及连接炸药和爆破控制终端的导爆索，爆破控制终端包括有时钟单元和定位单元；

S4.爆破用单孔炸药筒运抵隧道掌子面，采用机械臂向炮孔内安装预制好的单孔炸药筒；

S5.单孔炸药筒安装完成后，通过事先设定了程序算法的远程爆破控制设备向爆破控制终端发出激活信号，爆破控制终端通过定位单元向远程爆破控制设备反馈炮孔位置信息；远程爆破控制设备向各爆破控制终端发出当前的时间信息，各爆破控制终端收到信息后，对时钟单元当前时刻进行赋值，并向远程爆破控制设备反馈时间信息，若时间差较大，如此往返调试多次，将各爆破控制终端的时间调试到同一个时间体系下；

S6.远程爆破控制设备根据炮孔位置信息，进行炮孔性质识别，并自动进行各炮孔炸药起爆时间设计，爆破分n个批次进行，对各爆破控制终端的起爆时间进行赋值并将相关起爆时间赋值信息传递给爆破控制终端，爆破控制终端起爆时间赋值成功后，向远程爆破控制设备反馈赋值成功的信息；

每个批次的起爆时间分别为：t+∆t+∆t₁，t+∆t+∆t₂，……，t+∆t+∆t_n；其中，t为远程爆破控制设备按下起爆键时的当前时刻，∆t为时钟单元的预留缓冲时间，∆t₁~∆t_n为各批次爆破控制终端被赋值的起爆延时时间；

S7.远程爆破控制设备收到所有爆破控制终端反馈的起爆时间赋值成功的信号后，向爆破控制终端发出爆破信号；

S8.爆破控制终端接收到爆破信号后按照赋值的起爆时间，通过导爆索引爆炸药，同时向远程爆破控制设备反馈已经引爆炸药的信息；

S9.远程爆破控制设备根据爆破控制终端反馈的爆破信息远程检查是否存在哑炮，并且确定哑炮的具体位置。

2.根据权利要求1所述的钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：步骤S6中，拔心眼先爆破，然后辅助眼逐层爆破，最后周边眼爆破。

3.根据权利要求1所述的钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：步骤S3中，针对周边眼的单孔炸药筒与针对拔心眼和辅助眼的单孔炸药筒不同，针对周边眼的单孔炸药筒其炸药与装药管内壁之间留有间隙，间隙内填装有浆体，浆体和炸药之间通过防渗透薄膜进行隔断；针对拔心眼和辅助眼的单孔炸药筒其装药管内则装满炸药。

4.根据权利要求3所述的钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：针对周边眼的单孔炸药筒，其装药管的轴心与炸药的轴心偏移，形成偏心不耦合装药结构，装药管较厚一侧靠近围岩，较薄一侧靠近应开挖的岩体，在爆破过程中可保护围岩，便于形成光面。

5.根据权利要求1所述的钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：所述爆破控制终端还包括用于供电的电池及信号连接的无线通讯模块、控制单元、点火控制开关、点火电路和导爆雷管。

6.根据权利要求1所述的钻爆法隧道装配式爆破施工方法，其特征在于：所述远程爆破控制设备包括用于供电的电池及信号连接的交互界面、控制单元和无线通讯模块。

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