CN114935292A - 一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，本发明通过采用水压切缝装置进行预裂爆破的方式形成减震预裂缝，削弱了掏槽孔爆破的振动波传播，降低重要文保建筑受到的爆破振动；能够充分利用水楔效应和切缝管的聚能作用，提高成缝效果同时降低了炸药用量，从而降低了预裂孔爆破本身的爆破振动；采用九孔锥形分段延时水压掏槽方式，进行分段爆破的方法，降低了单响药量，显著降低了爆破震动；且采用水压爆破，降低了单孔药量，进而降低最大单响药量，可以达到降低爆破振动的效果；同时利用水的不可压缩性和水楔效应，增加了破岩力量，改善了掏槽效果。
Description
技术领域
本发明属于隧道开挖技术领域，具体涉及一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法。
背景技术
在隧道开挖方法中，硬岩隧道大多选择钻爆法进行开挖。当隧道下穿重要的文物保护建筑时，需要对爆破震动进行十分精准的控制，以避免爆破震动对文物保护建筑构成损伤。根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)的规定，一般古建筑与古迹的安全允许质点振动速度为0.1～0.5cm/s之间。为确保安全，通常要求爆破振动安全允许质点振动速度小于0.1cm/s。而相对的，一般民用建筑的安全允许质点振动速度只需要控制在小于1.5cm/s即可。这表明，下穿重要文保建筑硬岩隧道的爆破开挖，对爆破振动的控制要求与下穿一般民用建筑相比大大提高。而当隧道爆破岩体为硬岩时，根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)的规定，其K、α(即与爆破点至保护对象之间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数)值，相比软岩更小，这表明爆破振动波在硬岩的衰减较软岩更为缓慢，因此，对爆破振动的控制显得尤为重要。如何有效的控制爆破振动并兼顾工程开挖进度，提高施工效率，改善爆破效果，是此类隧道爆破开挖的关键问题。
目前对于下穿重要文保建筑硬岩隧道的爆破开挖减震方法可以分为以下几种：
其一，减小循环进尺，并采用微差爆破的方法，以此减小最大单响药量，以减弱爆破振动大小，保护隧道上方文物建筑。
其二，采用预裂爆破技术，先形预裂缝，以此削减、阻断爆破振动波的传播，减弱爆破震动对隧道上方文物建筑的损伤。
采用上述方法能在一定程度上减弱爆破震动的大小，但是上述方法存在一定缺陷：
首先，减小循环进尺，延缓了施工进度，降低了施工效率，增加了成本。再者，在硬岩中进行爆破，充分的掏槽有利于减少岩石夹制作用，降低爆破振动并改善爆破效果，因而需要尽可能的提高掏槽效果。
综上所述，在下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖，需要有效的控制爆破振动，同时改善爆破效果，兼顾施工进度，降低经济成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，通过采用水压切缝装置进行预裂爆破的方式形成减震预裂缝，削弱了掏槽孔爆破的振动波传播，降低重要文保建筑受到的爆破振动；能够充分利用水楔效应和切缝管的聚能作用，提高成缝效果同时降低了炸药用量，从而降低了预裂孔爆破本身的爆破振动，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，包括如下步骤：
S1、以掌子面中心线对称布孔；
S2、采用水压切缝装置进行预裂爆破，首先对称起爆预裂孔；
S3、采用九孔锥形分段延时水压掏槽方式，对称起爆掏槽孔；
S4、对称起爆辅助孔；
S5、对称起爆周边孔；
S6、爆破震动监测和分析，
S7、调整最大单响药量和循环进尺。
优选的，步骤1中所述以掌子面中心线对称布孔时，以掌子面中心线为对称轴，对称布孔，当轴对称的两个炮孔同时起爆，则产生的振动波再水平方向相互干扰抵消，两孔爆破的岩石相互挤压，提高破碎效果，通过以掌子面中心线为对称轴，单侧逐孔短时起爆且整体对称延时起爆的方法，降低了爆破震动。
优选的，步骤2中所述水压切缝装置包括开好切缝的第一圆筒、上筒套和底筒套，所述第一圆筒内套有聚氯乙烯水袋，所述聚氯乙烯水袋与第一圆筒的内壁贴合且翻卷至第一圆筒的外壁，所述上筒套与底筒套中心位置插入一硬质塑料杆，所述硬质塑料杆的外壁紧贴有导爆索，所述第一圆筒的内部靠近底筒套的一端设置有雷管，且所述雷管位于导爆索的上方，所述上筒套上塞有第一堵孔塞。
优选的，所述上筒套上开设有供第一堵孔塞塞入的第一脚线孔，所述雷管的的脚线一端穿过第一脚线孔延伸至上筒套的外部。
优选的，所述聚氯乙烯水袋注满水后将上筒套与第一圆筒紧贴，且所述聚氯乙烯水袋的端口紧压在上筒套与第一圆筒的结合处。
优选的，所述第一圆筒的内部设置有底部加强段、正常装药段和顶部减弱装药段，所述雷管位于底部加强段和正常装药段之间，所述导爆索贯穿正常装药段和顶部减弱装药段。
优选的，所述掏槽孔内装药为分段装药，在起爆时先起爆孔口段，再起爆孔底段，且孔内间隔时间5-10ms，孔间间隔时间10-15ms，周边孔和预裂孔间隔1-2ms。
优选的，步骤3中所述九孔锥形分段延时水压掏槽是沿着掌子面中线布置掏槽孔一、掏槽孔二、掏槽孔三，左右对称布置掏槽孔四，其中掏槽孔一位直孔，掏槽孔二、掏槽孔三和掏槽孔四均为斜孔，与掌子面夹角75°-85°，掏槽孔五、掏槽孔六均为直孔，起爆顺序为：掏槽孔一孔口段—掏槽孔二孔口段—掏槽孔三孔口段—掏槽孔四孔口段对称起爆—掏槽孔五孔口段对称起爆—掏槽孔六孔口段对称起爆—掏槽孔一孔底段—掏槽孔二孔底段—掏槽孔三孔底段—掏槽孔四孔底段对称起爆—掏槽孔五孔底段对称起爆—掏槽孔六孔底段对称起爆。
优选的，所述掏槽孔内装药段装入水压爆破装置，所述掏槽孔内填塞段采用水袋填塞，所述掏槽孔孔口填塞段采用炮泥填塞。
优选的，所述水压爆破装置包括第二圆筒、上筒塞和下筒塞，所述上筒塞和下筒塞均固定在第二圆筒的两端，所述第二圆筒设置为PVC管圆筒，所述上筒塞开有注水孔、通气孔和第二脚线孔，所述第二圆筒内装填乳化炸药并反向安装有电子雷管，所述电子雷管的脚线一端穿过第二脚线孔延伸至上筒塞的外部，所述注水孔、第二脚线孔和通孔孔上均塞有第二堵孔塞，所述第二圆筒通过注水孔注入水，所述通气孔在注水过程中排气，注满水后塞紧注水孔和通气孔上的第二堵孔塞。
本发明提出的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明通过采用水压切缝装置进行预裂爆破的方式形成减震预裂缝，削弱了掏槽孔爆破的振动波传播，降低重要文保建筑受到的爆破振动；能够充分利用水楔效应和切缝管的聚能作用，提高成缝效果同时降低了炸药用量，从而降低了预裂孔爆破本身的爆破振动。
2、本发明采用九孔锥形分段延时水压掏槽方式，进行分段爆破的方法，降低了单响药量，显著降低了爆破震动；且采用水压爆破，降低了单孔药量，进而降低最大单响药量，可以达到降低爆破振动的效果；同时利用水的不可压缩性和水楔效应，增加了破岩力量，改善了掏槽效果，还起到降尘作用，逐孔对称的起爆方式，配合短微差间隔时间的爆破，所产生的振动波在隧道正上方中心线位置会相互干扰，局部最大限度抵消，从而在一定程度上降低了爆破振动。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的水压切缝装置结构示意图；
图3为本发明的水压切缝装置切缝开口位置结构示意图；
图4为本发明的九孔锥形掏槽方式图；
图5为本发明的水压爆破装置结构示意图；
图6为本发明的水压切缝装置光面爆破使用时的结构示意图；
图7为本发明的起爆顺序图；
图8为本发明的掌子面装药图。
图中：1、第一圆筒；2、上筒套；3、底筒套；4、硬质塑料杆；5、第一雷管；6、聚氯乙烯水袋；7、导爆索；8、底部加强段；9、正常装药段；10、顶部减弱装药段；11、第二圆筒；12、上筒塞；13、下筒塞；14、注水孔；15、通气孔；16、第二脚线孔；17、电子雷管；A、切缝；B、预裂孔中心线；C、炸药。
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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
实施例1
本发明提供了如图1-8所示的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，包括如下步骤：
S1、以掌子面中心线对称布孔；
以掌子面中心线对称布孔时，以掌子面中心线为对称轴，对称布孔，当轴对称的两个炮孔同时起爆，则产生的振动波再水平方向相互干扰抵消，两孔爆破的岩石相互挤压，提高破碎效果，通过以掌子面中心线为对称轴，单侧逐孔短时起爆且整体对称延时起爆的方法，降低了爆破震动。
S2、采用水压切缝装置进行预裂爆破，首先对称起爆预裂孔；
如图2所示，水压切缝装置包括开好切缝的第一圆筒1、上筒套2和底筒套3，第一圆筒1内套有聚氯乙烯水袋6，聚氯乙烯水袋6与第一圆筒1的内壁贴合且翻卷至第一圆筒1的外壁，上筒套2与底筒套3中心位置插入一硬质塑料杆4，硬质塑料杆4的外壁紧贴有导爆索7，第一圆筒1的内部靠近底筒套3的一端设置有含有脚线的第一雷管5，且第一雷管5位于导爆索7的上方，上筒套2上塞有第一堵孔塞。
各切缝开口位置如图3所示。切缝的开口位置与预裂孔的设计中心线一致，
通过采用水压切缝装置进行预裂爆破的方式形成减震预裂缝，削弱了掏槽孔爆破的振动波传播，降低重要文保建筑受到的爆破振动。塑料硬杆位于圆筒中心，保证了爆破的炸药位于炮孔中心；切缝的开口位置与预裂孔的设计中心线一致，这两部措施，保证了预裂爆破成缝的精准度。采用该水压切缝装置，能够充分利用水楔效应和切缝管的聚能作用，提高成缝效果同时降低了炸药用量，从而降低了预裂孔爆破本身的爆破振动。
上筒套2上开设有供第一堵孔塞塞入的第一脚线孔，第一雷管5的脚线一端穿过第一脚线孔延伸至上筒套2的外部。
聚氯乙烯水袋6注满水后将上筒套2与第一圆筒1紧贴，且聚氯乙烯水袋6的端口紧压在上筒套2与第一圆筒1的结合处。
第一圆筒1的内部设置有底部加强段8、正常装药段9和顶部减弱装药段10，第一雷管5位于底部加强段8和正常装药段9之间，导爆索7贯穿正常装药段9和顶部减弱装药段10。
掏槽孔内装药为分段装药，在起爆时先起爆孔口段，再起爆孔底段，且孔内间隔时间5-10ms，孔间间隔时间10-15ms，周边孔和预裂孔间隔1-2ms。
S3、采用九孔锥形分段延时水压掏槽方式，对称起爆掏槽孔；
九孔锥形分段延时水压掏槽是沿着掌子面中线布置掏槽孔一、掏槽孔二、掏槽孔三，左右对称布置掏槽孔四，其中掏槽孔一位直孔，掏槽孔二、掏槽孔三和掏槽孔四均为斜孔，与掌子面夹角75°-85°，掏槽孔五、掏槽孔六均为直孔，起爆顺序为：掏槽孔一孔口段—掏槽孔二孔口段—掏槽孔三孔口段—掏槽孔四孔口段对称起爆—掏槽孔五孔口段对称起爆—掏槽孔六孔口段对称起爆—掏槽孔一孔底段—掏槽孔二孔底段—掏槽孔三孔底段—掏槽孔四孔底段对称起爆—掏槽孔五孔底段对称起爆—掏槽孔六孔底段对称起爆。
掏槽孔爆破受到的夹制作用较大，产生的爆破振动相对较大，因此，需要重点控制其产生的爆破振动。采用分段爆破的方法，降低了单响药量，显著降低了爆破震动。
掏槽孔内装药段装入水压爆破装置，掏槽孔内填塞段采用水袋填塞，掏槽孔孔口填塞段采用炮泥填塞，以确保填塞效果。
水压爆破装置包括第二圆筒11、上筒塞12和下筒塞13，上筒塞12和下筒塞13均固定在第二圆筒11的两端，第二圆筒11设置为PVC管圆筒，上筒塞12开有注水孔14、通气孔15和第二脚线孔16，第二圆筒11内装填乳化炸药并反向安装有含有脚线的电子雷管17，电子雷管17的脚线一端穿过第二脚线孔16延伸至上筒塞12的外部，注水孔14、第二脚线孔16和通孔孔上均塞有第二堵孔塞，第二圆筒11通过注水孔14注入水，通气孔15在注水过程中排气，注满水后塞紧注水孔14和通气孔15上的第二堵孔塞。
采用水压爆破，与常规的连续装药结构相比，达到相同爆破效果情况下，降低了单孔药量，进而降低最大单响药量，可以达到降低爆破振动的效果。同时，采用水压爆破，利用水的不可压缩性和“水楔”效应，增加了破岩力量，改善了掏槽效果，还起到降尘作用，在硬岩隧道中使用水压爆破，改善破岩效果。
逐孔对称的起爆方式，配合短微差间隔时间的爆破，所产生的振动波在隧道正上方中心线位置会相互干扰，局部最大限度抵消，从而在一定程度上降低了爆破振动。
S4、对称起爆辅助孔；
S5、对称起爆周边孔；
S6、爆破震动监测和分析，
S7、调整最大单响药量和循环进尺。
实施例2
以图6的某隧道掌子面爆破进行说明。
以图7、图8方式进行布孔和装药。布孔以掌子面中心线对称布孔，如图6所示。炮孔深度和装药方式如图7所示。隧道循环进尺2.0-2.5m，辅助孔和周边孔深度与设计的循环进尺长度相同。掏槽孔深度较循环进尺长度深0.3-0.5m，减震预裂孔深度比掏槽孔长0.5m。孔二、三、四均为斜孔，与掌子面夹角75°-85°，周边孔与掌子面法线夹角为2°。预裂孔孔距0.5m，掏槽孔孔距0.4-0.5mm，排距0.4-0.5m；辅助孔孔排距0.7-0.9m，周边孔孔距0.5m。
装药方式：减震预裂孔采用底部加强装药、中间正常装药、顶部减弱装药的方式。掏槽孔采用间隔装药，孔一底部装药约占炮孔总药量30％，孔二、三、四、五、六底部装药约占炮孔总药量40％，辅助孔部装药约占炮孔总药量40％。周边孔采用光面爆破不耦合装药结构。
起爆顺序和延期时间：采用最小延期时间为1ms的工业电子雷管进行爆破，首先起爆减震预裂孔，顺序为：
孔七-十四，对称逐孔起爆，孔间间隔时间为1-2ms。
然后起爆掏槽孔，顺序为：
孔一孔口段—孔二孔口段—孔三孔口段—孔四孔口段对称起爆—孔五孔口段对称起爆—孔六孔口段对称起爆—孔一孔底段—孔二孔底段—孔三孔底段—孔四孔底段对称起爆—孔五孔底段对称起爆—孔六孔底段对称起爆。
每段间隔时间为5-10ms。
之后起爆辅助孔，七-十四、十五-二十三，对称逐孔起爆，先起爆孔口段，再起爆孔底段，单孔起爆完毕后起爆相邻孔。起爆时间间隔为：孔内5-10msms，孔间10-15ms。
最后起爆周边孔，三十三-五十四，逐孔对称起爆，孔间间隔时间为1-2ms。
爆破过程中对重要文保建筑处的爆破震动进行监测，若发现爆破振动大小超出安全振动值，则降低最大单响药量或减小循环进尺，以降低爆破振动。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、以掌子面中心线对称布孔；
S2、采用水压切缝装置进行预裂爆破，首先对称起爆预裂孔；
S3、采用九孔锥形分段延时水压掏槽方式，对称起爆掏槽孔；
S4、对称起爆辅助孔；
S5、对称起爆周边孔；
S6、爆破震动监测和分析，
S7、调整最大单响药量和循环进尺。
2.根据权利要求1所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：步骤1中所述以掌子面中心线对称布孔时，以掌子面中心线为对称轴，对称布孔，当轴对称的两个炮孔同时起爆，则产生的振动波再水平方向相互干扰抵消，两孔爆破的岩石相互挤压，提高破碎效果，通过以掌子面中心线为对称轴，单侧逐孔短时起爆且整体对称延时起爆的方法，降低了爆破震动。
3.根据权利要求1所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：步骤2中所述水压切缝装置包括开好切缝的第一圆筒(1)、上筒套(2)和底筒套(3)，所述第一圆筒(1)内套有聚氯乙烯水袋(6)，所述聚氯乙烯水袋(6)与第一圆筒(1)的内壁贴合且翻卷至第一圆筒(1)的外壁，所述上筒套(2)与底筒套(3)中心位置插入一硬质塑料杆(4)，所述硬质塑料杆(4)的外壁紧贴有导爆索(7)，所述第一圆筒(1)的内部靠近底筒套(3)的一端设置有含有脚线的第一雷管(5)，且所述第一雷管(5)位于导爆索(7)的上方，所述上筒套(2)上塞有第一堵孔塞。
4.根据权利要求3所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述上筒套(2)上开设有供第一堵孔塞塞入的第一脚线孔，所述第一雷管(5)的脚线一端穿过第一脚线孔延伸至上筒套(2)的外部。
5.根据权利要求3所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述聚氯乙烯水袋(6)注满水后将上筒套(2)与第一圆筒(1)紧贴，且所述聚氯乙烯水袋(6)的端口紧压在上筒套(2)与第一圆筒(1)的结合处。
6.根据权利要求3所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述第一圆筒(1)的内部设置有底部加强段(8)、正常装药段(9)和顶部减弱装药段(10)，所述第一雷管(5)位于底部加强段(8)和正常装药段(9)之间，所述导爆索(7)贯穿正常装药段(9)和顶部减弱装药段(10)。
7.根据权利要求1所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述掏槽孔内装药为分段装药，在起爆时先起爆孔口段，再起爆孔底段，且孔内间隔时间5-10ms，孔间间隔时间10-15ms，周边孔和预裂孔间隔1-2ms。
8.根据权利要求1所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：步骤3中所述九孔锥形分段延时水压掏槽是沿着掌子面中线布置掏槽孔一、掏槽孔二、掏槽孔三，左右对称布置掏槽孔四，其中掏槽孔一位直孔，掏槽孔二、掏槽孔三和掏槽孔四均为斜孔，与掌子面夹角75°-85°，掏槽孔五、掏槽孔六均为直孔，起爆顺序为：掏槽孔一孔口段—掏槽孔二孔口段—掏槽孔三孔口段—掏槽孔四孔口段对称起爆—掏槽孔五孔口段对称起爆—掏槽孔六孔口段对称起爆—掏槽孔一孔底段—掏槽孔二孔底段—掏槽孔三孔底段—掏槽孔四孔底段对称起爆—掏槽孔五孔底段对称起爆—掏槽孔六孔底段对称起爆。
9.根据权利要求1所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述掏槽孔内装药段装入水压爆破装置，所述掏槽孔内填塞段采用水袋填塞，所述掏槽孔孔口填塞段采用炮泥填塞。
10.根据权利要求9所述的一种下穿重要文保建筑硬岩隧道爆破开挖方法，其特征在于：所述水压爆破装置包括第二圆筒(11)、上筒塞(12)和下筒塞(13)，所述上筒塞(12)和下筒塞(13)均固定在第二圆筒(11)的两端，所述第二圆筒(11)设置为PVC管圆筒，所述上筒塞(12)开有注水孔(14)、通气孔(15)和第二脚线孔(16)，所述第二圆筒(11)内装填乳化炸药并反向安装有含有脚线的电子雷管(17)，所述电子雷管(17)的脚线一端穿过第二脚线孔(16)延伸至上筒塞(12)的外部，所述注水孔(14)、第二脚线孔(16)和通孔孔上均塞有第二堵孔塞，所述第二圆筒(11)通过注水孔(14)注入水，所述通气孔(15)在注水过程中排气，注满水后塞紧注水孔(14)和通气孔(15)上的第二堵孔塞。
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| CN114812315A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-07-29 | 甘肃镜铁山矿业有限公司 | 一种用于切割拉槽爆破的九孔直眼掏槽布孔方法 |
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