CN114963904B - 一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构及爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构及爆破方法，该结构包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕掏槽区的周边炮孔区，掏槽区中线两侧分别设置有竖直排列、且相互对称的一列掏槽定向聚能刻槽孔，周边炮孔区由以掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的一层周边定向聚能刻槽孔，周边炮孔区与掏槽区之间还布设有多个辅助定向聚能刻槽孔。本发明通过定向聚能刻槽孔将能量沿刻槽处集中，刻槽方向优先开裂，可以增大爆破孔间距，减少爆破数量和炸药单耗，同时刻槽孔起到一定的导向作用，减轻了爆炸应力波和爆生气体对围岩的破坏，可降低围岩损伤，形成光滑平整壁面。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构及爆破方法。
背景技术
定向断裂控制爆破技术已大量应用于地下洞室施工中，主要包括炮孔切（刻）槽爆破法、聚能药包爆破法、切缝药包爆破法等方法。其中，切（刻）槽爆破是指在炮孔轴向孔壁上按爆破开裂方向和设计要求切出一定深度的槽，然后进行装药爆破，从而利用爆炸应力集中作用实现岩体定向断裂。聚能药包爆破法是利用药包爆炸后聚能槽的聚能作用和射流的侵彻作用、形成定向断裂面，普通聚能药包较简单可靠，但是要求药包精确地放置在炮孔中，而矩形药包和设置高介质药包加工复杂、技术要求高，工业应用很难推广。切缝药包爆破法是利用轴向切槽后的硬质管，将炸药装于管内，使爆生气体向切缝方向聚焦，具有定向断裂和保护围岩的作用。
综上，各种常规定向断裂爆破措施在隧道掘进中得到了应用，并产生了一定的经济效益，目前定向断裂控制爆破技术大多是用在周边孔爆破结构中，主要以聚能药包爆破为主，现场需要提前加工聚能管或加工聚能药包等，增加了施工工序和成本，对于火工品管理严格的地区，往往现场加工药包不具备条件，必须工厂定制产品。中国专利《定向断裂爆破隧道洞门装置及其施工、使用方法》（CN201811517108.2）在隧道轮廓线设置一圈采用聚能药包的定向断裂孔，降低药量和聚能爆破，起到减少对围岩的爆破振动影响。中国专利《一种低损伤定向聚能护壁爆破方法》（CN201310453811.2）提供了一种采用水压刻槽的聚能周边孔+聚能药包的爆破方法，但仅是对周边孔进行了刻槽，没有针对掏槽孔和辅助孔的爆破机理，针对性布置聚能刻槽孔。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构及爆破方法，通过定向聚能刻槽孔将能量沿刻槽处集中，刻槽方向优先开裂，可以增大爆破孔间距，减少爆破数量和炸药单耗，同时刻槽孔起到一定的导向作用，减轻了爆炸应力波和爆生气体对围岩的破坏，可降低围岩损伤，形成光滑平整壁面。
本发明的技术方案在于：一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕所述掏槽区的周边炮孔区，所述掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，所述掏槽区中线两侧分别设置有竖直排列、且相互对称的一列掏槽定向聚能刻槽孔，所述周边炮孔区由以所述掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的一层周边定向聚能刻槽孔，所述周边炮孔区与所述掏槽区之间还布设有多个辅助定向聚能刻槽孔。
所述周边定向聚能刻槽孔从上到下分别设有周边定向聚能刻槽孔上刻槽、周边定向聚能刻槽孔下刻槽，所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽、周边定向聚能刻槽孔下刻槽分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切。
所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽、周边定向聚能刻槽孔下刻槽均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述周边定向聚能刻槽孔的炮孔中心间距取值范围为45cm~80cm。
所述掏槽定向聚能刻槽孔从上到下分别设有掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽，所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽分别与隧道掌子面中线平行。
所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述掏槽定向聚能刻槽孔的炮孔中心间距取值范围为50cm~90cm。
所述辅助定向聚能刻槽孔从上到下分别设有辅助定向聚能刻槽孔上刻槽、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽，所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切，所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽设置在所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽之间，并靠近隧道掌子面中线。
所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽的刻槽方向与所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽的刻槽方向的连线垂直，呈“T”字形。
所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm。
一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破方法，使用如上所述任意一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，包括以下步骤：
S1：按炮孔设计要求，在隧道掌子面上分别布设周边定向聚能刻槽孔、辅助定向聚能刻槽孔、掏槽定向聚能刻槽孔；
S2：按照连续装药结构方式，在每个所述辅助定向聚能刻槽孔、掏槽定向聚能刻槽孔内装入炸药、导爆管及雷管，按爆破设计要求，所述周边定向聚能刻槽孔采用装入聚能装药爆破管或导爆索连接起爆的空气间隔不耦合装药；
S3：按设计起爆顺序，依次连线起爆掏槽定向聚能刻槽孔、辅助定向聚能刻槽孔、周边定向聚能刻槽孔，完成隧道爆破。
本发明的技术效果在于：1. 本发明通过定向聚能刻槽孔将能量沿刻槽处集中，刻槽方向优先开裂，可以增大爆破孔间距，减少爆破数量和炸药单耗，克服了传统爆破钻孔爆破能量不能集中的缺点，提高了爆破聚能效果，同时刻槽孔起到一定的导向作用，减轻了爆炸应力波和爆生气体对围岩的破坏，可降低围岩损伤，形成光滑平整壁面；2.本发明为工艺简单、操作方便、安全可靠、控制性好的低损伤定向聚能护壁爆破方法，根据隧道爆破周边孔、辅助孔和掏槽孔的爆破机理及炮孔分布，通过采用不同的刻槽形式和聚能方向，只需要装入常规药包，就可以实现聚能爆破的效果。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构的炮孔布置示意图。
图2为本发明实施例一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构的刻槽分布示意图。
图3为本发明实施例周边定向聚能刻槽孔的结构示意图。
图4为本发明实施例辅助定向聚能刻槽孔的结构示意图。
图5为本发明实施例掏槽定向聚能刻槽孔的结构示意图。
附图标记：1-周边定向聚能刻槽孔，2-辅助定向聚能刻槽孔，3-掏槽定向聚能刻槽孔，11-周边定向聚能刻槽孔下刻槽，12-周边定向聚能刻槽孔上刻槽，21-辅助定向聚能刻槽孔下刻槽，22-辅助定向聚能刻槽孔上刻槽，23-辅助定向聚能刻槽孔中刻槽，31-掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽，32-掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕所述掏槽区的周边炮孔区，所述掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，所述掏槽区中线两侧分别设置有竖直排列、且相互对称的一列掏槽定向聚能刻槽孔3，所述周边炮孔区由以所述掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的一层周边定向聚能刻槽孔1，所述周边炮孔区与所述掏槽区之间还布设有多个辅助定向聚能刻槽孔2。
实际使用过程中，本发明一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，通过掏槽定向聚能刻槽孔3，周边定向聚能刻槽孔1，辅助定向聚能刻槽孔2的设置，不同的定向聚能刻槽孔将能量沿刻槽处集中，刻槽方向优先开裂，可以增大爆破孔间距，减少爆破数量和炸药单耗，克服了传统爆破钻孔爆破能量不能集中的缺点，提高了爆破聚能效果，同时刻槽孔起到一定的导向作用，减轻了爆炸应力波和爆生气体对围岩的破坏，可降低围岩损伤，形成光滑平整壁面。
实施例2
优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，如图3所示，所述周边定向聚能刻槽孔1从上到下分别设有周边定向聚能刻槽孔上刻槽12、周边定向聚能刻槽孔下刻槽11，所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽12、周边定向聚能刻槽孔下刻槽11分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切。
实际使用过程中，本发明所述的周边定向聚能刻槽孔1沿开挖轮廓线方向两边刻槽，呈“一字型”布置，在爆破时利用开挖轮廓线方向布置的刻槽处应力集中，实现相邻孔之间的定向断裂，形成平整的光爆面，而且减少了对周边围岩的应力扰动。
实施例3
优选的，在实施例2的基础上，本实施例中，所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽12、周边定向聚能刻槽孔下刻槽11均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述周边定向聚能刻槽孔1的炮孔中心间距取值范围为45cm~80cm。
实际使用过程中，本发明述周边定向聚能刻槽孔上刻槽12、周边定向聚能刻槽孔下刻槽11均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，可采用专用钻具一次成孔工艺，也可采用成孔后再刻槽的工艺，矩形缝槽在炮孔爆破时在缝槽处形成应力集中，实现爆破的定向断裂。
实施例4
优选的，在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，如图4所示，所述掏槽定向聚能刻槽孔3从上到下分别设有掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽32、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽31，所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽32、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽31分别与隧道掌子面中线平行。
实际使用过程中，本发明所述的掏槽定向聚能刻槽孔3沿相邻掏槽孔中心线方向刻槽，利用爆破时掏槽孔之间的刻槽处应力集中，实现相邻掏槽孔的聚能爆破，提高聚能爆破效果，增大掏槽孔间距，减少掏槽孔数量。
实施例5
优选的，在实施例4的基础上，本实施例中，所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽32、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽31均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述掏槽定向聚能刻槽孔3的炮孔中心间距取值范围为50cm~90cm。
实际使用过程中，本发明所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽32、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽31均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，可采用专用钻具一次成孔工艺，也可采用成孔后再刻槽的工艺，相比现有的圆柱形掏槽孔，本发明采用掏槽定向聚能刻槽孔，矩形缝槽在炮孔爆破时在缝槽处形成应力集中，实现爆破的定向断裂。
实施例6
优选的，在实施例1或实施例4的基础上，本实施例中，如图5所示，所述辅助定向聚能刻槽孔2从上到下分别设有辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽23、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21，所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切，所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽23设置在所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21之间，并靠近隧道掌子面中线。
实际使用过程中，所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切，可以沿同一起爆段的相邻孔中心线两边刻槽，实现相邻辅助孔之间的聚能爆破。
实施例7
优选的，在实施例6的基础上，本实施例中，所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽23的刻槽方向与所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21的刻槽方向的连线垂直，呈“T”字形。
实际使用过程中，本发明所述的辅助定向聚能刻槽孔采用“T字型”三边刻槽洞方式，其中沿同一起爆段的相邻孔中心线两边刻槽，实现相邻辅助孔之间的聚能爆破，并在垂直相邻辅助孔中心连线的方向上刻槽，实现爆破时向临空面聚能断裂，实现辅助孔的聚能爆破。
实施例8
优选的，在实施例6的基础上，本实施例中，所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽23、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm。
实际使用过程中，本发明所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽22、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽23、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽21均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，可采用专用钻具一次成孔工艺，也可采用成孔后再刻槽的工艺，相比现有的圆柱形辅助定向孔，本发明采用辅助定向聚能刻槽孔，矩形缝槽在炮孔爆破时在缝槽处形成应力集中，实现爆破的定向断裂。
实施例9
一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破方法，使用如上所述任意一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，包括以下步骤：
S1：按炮孔设计要求，在隧道掌子面上分别布设周边定向聚能刻槽孔1、辅助定向聚能刻槽孔2、掏槽定向聚能刻槽孔3；
S2：按照连续装药结构方式，在每个所述辅助定向聚能刻槽孔2、掏槽定向聚能刻槽孔3内装入炸药、导爆管及雷管，按爆破设计要求，所述周边定向聚能刻槽孔1采用装入聚能装药爆破管或导爆索连接起爆的空气间隔不耦合装药；
S3：按设计起爆顺序，依次连线起爆掏槽定向聚能刻槽孔3、辅助定向聚能刻槽孔2、周边定向聚能刻槽孔1，完成隧道爆破。
本发明在隧道爆破掘进中使用定向聚能刻槽孔，能充分合理地利用不同爆破掘进孔的爆破方向和机理，通过炮孔刻槽，实现周边孔、辅助孔和掏槽孔的定向聚能爆破，提高爆破效果，更好的保护周边围岩。起爆后，在炮孔刻槽方向形成加强聚能射流，并较早作用于缝槽处，爆炸应力波首先作用于缝槽尖端引起应力集中而开裂，然后在爆炸气体作用下，使裂隙沿缝槽方向持续开裂，直到相邻炮孔贯穿，同时切缝管的存在起到一定的缓冲作用与导向作用，减轻了爆炸应力波和爆生气体对围岩的破坏，从而达到降低围岩损伤，形成光滑平整壁面的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：包括位于隧道掌子面中下部的掏槽区和位于隧道掌子面开挖轮廓边缘、且环绕所述掏槽区的周边炮孔区，所述掏槽区以隧道掌子面的竖直中心线为中线，所述掏槽区中线两侧分别设置有竖直排列、且相互对称的一列掏槽定向聚能刻槽孔（3），所述周边炮孔区由以所述掏槽区为中心向外扩散、且成环形排布的一层周边定向聚能刻槽孔(1)，所述周边炮孔区与所述掏槽区之间还布设有多个辅助定向聚能刻槽孔(2)，所述辅助定向聚能刻槽孔(2) 从上到下分别设有辅助定向聚能刻槽孔上刻槽（22）、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽（23）、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽（21），所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽（22）、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽（21）分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切，所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽（23）设置在所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽（22）、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽（21）之间，并靠近隧道掌子面中线，所述辅助定向聚能刻槽孔中刻槽（23）的刻槽方向与所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽（22）、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽（21）的刻槽方向的连线垂直，呈“T”字形。
2.根据权利要求1所述一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：所述周边定向聚能刻槽孔（1）从上到下分别设有周边定向聚能刻槽孔上刻槽（12）、周边定向聚能刻槽孔下刻槽（11），所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽（12）、周边定向聚能刻槽孔下刻槽（11）分别与隧道掌子面开挖轮廓线方向相切。
3.根据权利要求2所述一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：所述周边定向聚能刻槽孔上刻槽（12）、周边定向聚能刻槽孔下刻槽（11）均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述周边定向聚能刻槽孔（1）的炮孔中心间距取值范围为45cm~80cm。
4.根据权利要求1所述一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：所述掏槽定向聚能刻槽孔（3）从上到下分别设有掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽（32）、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽（31），所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽（32）、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽（31）分别与隧道掌子面中线平行。
5.根据权利要求4所述一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：所述掏槽定向聚能刻槽孔上刻槽（32）、掏槽定向聚能刻槽孔下刻槽（31）均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm，相邻所述掏槽定向聚能刻槽孔（3）的炮孔中心间距取值范围为50cm~90cm。
6.根据权利要求1所述一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：所述辅助定向聚能刻槽孔上刻槽（22）、辅助定向聚能刻槽孔中刻槽（23）、辅助定向聚能刻槽孔下刻槽（21）均为矩形缝槽，所述矩形缝槽的宽度范围为0.3～0.4mm，长度范围为2～4cm。
7.一种基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破方法，使用如权利要求1~6任意一种所述基于定向聚能刻槽孔的隧道爆破孔结构，其特征在于：包括以下步骤：
S1：按炮孔设计要求，在隧道掌子面上分别布设周边定向聚能刻槽孔(1)、辅助定向聚能刻槽孔(2)、掏槽定向聚能刻槽孔(3)；
S2：按照连续装药结构方式，在每个所述辅助定向聚能刻槽孔(2)、掏槽定向聚能刻槽孔(3)内装入炸药、导爆管及雷管，按爆破设计要求，所述周边定向聚能刻槽孔(1)采用装入聚能装药爆破管或导爆索连接起爆的空气间隔不耦合装药；
S3：按设计起爆顺序，依次连线起爆掏槽定向聚能刻槽孔(3)、辅助定向聚能刻槽孔(2)、周边定向聚能刻槽孔 (1)，完成隧道爆破。
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- 2022-06-13 CN CN202210663193.3A patent/CN114963904B/zh active Active
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