CN114963907B - 一种岩石隧道爆破开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种岩石隧道爆破开挖方法,属于隧道开挖技术领域,包括:确定待开挖隧道周边被保护建筑物或设施的安全阈值;开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应;根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖。本发明通过在正式爆破开挖之前,通过爆破实验确定出合理的爆破开挖方案,可以在一定程度上降低爆破振动有害效应,从而可适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖工程中。本发明适用于城市管廊、地铁等隧道开挖工程中。
Description
技术领域
本发明属于隧道开挖技术领域,特别是涉及一种岩石隧道爆破开挖方法。
背景技术
对于岩石隧道开挖工程,目前爆破是最高效的挖掘途径,甚至是唯一可用的方法。一般来说,在附近没有建构筑物的情况下,全断面法和台阶法等是常用的开挖形式。然而,这种爆破方式虽节省了大量的人力物力、加快了施工效率,但必须对爆破的有害效应进行控制。如果爆破的有害效应控制不利,可能会波及周边建构筑物的安全,例如周边建构筑物产生裂纹或坍塌。
因此,在城市复杂环境下隧道爆破开挖工程中,有必要提供一种适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖方法。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种岩石隧道爆破开挖方法,可以在一定程度上降低爆破振动有害效应,从而适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖工程中。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种岩石隧道爆破开挖方法,包括步骤:
S10、确定待开挖隧道周边被保护建筑物或设施的安全阈值;
S20、开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应;
S30、根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖。
可选地,所述开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应(步骤S20)包括:依次开展爆破规模由小到大、距离被保护建筑物或设施由远及近、自由面由多至少的逐次逐级增加的爆破试验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果。
可选地,所述根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖(步骤S30)包括:
若监测到当次级别的爆破实验中,所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值;
则将上一次爆破实验中使用的爆破规模、到被保护建筑物或设施的距离及自由面的数量确定为进一步爆破开挖的爆破工艺条件。
可选地,所述爆破实验包括五个级别,步骤S20包括:
开展第一级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第一反馈结果:
若根据所述第一反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第二级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第二反馈结果;
若根据所述第二反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第三级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第三反馈结果;
若根据所述第三反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第四级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第四反馈结果;
若根据所述第四反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第五级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第五反馈结果;
若根据所述第五反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,加大孔深,重复开展上述五个级别的爆破实验,直至被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值为止。
可选地,所述第一级别爆破实验为:使用机械结合人工对掌子面上部开挖,为掌子面底部爆破创造出一个新自由面,以削弱地表爆破振动;
对底部掏槽爆破。
可选地,所述第二级别爆破实验为:在掌子面上部开挖成功,创造出一个新自由面的基础上,对底部崩落孔、周边孔起爆;
监测起爆过程中震动波的波形,对所述波形分析统计,确定出爆破振动强度最大的药量及相应炮孔的位置。
可选地,所述第三级别爆破实验为:对掌子面顶部轮廓部位钻预定间距密集度的周边孔;该周边孔保持空孔状态;
对掌子面上部掏槽爆破;
在上部掏槽爆破过程中,利用所述周边孔减震。
可选地,所述第四级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,保留所述周边孔,将剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆。
可选地,所述第五级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,向所述周边孔中装药,将所述周边孔、剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆。
可选地,各炮孔孔深至少为一个拱架间距。
本发明实施例提供的岩石隧道爆破开挖方法,在进行隧道爆破开挖之前,确定待开挖隧道周边被保护建筑物或设施的安全阈值;开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应;根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖。这样,在正式爆破开挖之前,通过爆破实验确定出合理的爆破开挖方案,可以在一定程度上降低爆破振动有害效应,从而可适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖工程中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例岩石隧道爆破开挖方法流程示意图;
图2为本发明一实施例岩石隧道爆破开挖第一级别爆破开挖实验示意图;
图3为本发明一实施例岩石隧道爆破开挖第二级别爆破开挖实验示意图;
图4为本发明一实施例岩石隧道爆破开挖第四级别爆破开挖实验示意图;
图5为本发明一实施例岩石隧道爆破开挖第五级别爆破开挖实验示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的岩石隧道爆破开挖方法,针对隧道开挖附近建筑物较多的复杂环境提出的,可以在一定程度上降低爆破振动有害效应,从而适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖工程中。
参看图1所示,本发明实施例提供的岩石隧道爆破开挖方法,包括步骤:
S10、确定待开挖隧道周边被保护建筑物或设施的安全阈值。
其中,安全阈值可以由相关领域的专家确定,若没有确定,可参考《爆破安全规程6722-2014》相关内容,如表1所示;其中,安全阈值即表1中安全允许质点震动速度值。
表1爆破振动安全允许值
其中,爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。
表1中质点振动速度为三个分量中的最大值,振动频率为主振频率。频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取:硐室爆破f小于20Hz,露天深孔爆破f在10Hz-60Hz之间,露天深孔爆破f在40Hz-100Hz之间;地下深孔爆破f在30Hz-100Hz之间,地下浅孔爆破f在60Hz-300Hz之间。
如果部分附近相关建构筑物或管线等未列在表1中,可根据建构筑物场地的地震烈度,安全质点允许振动速度阈值可取比场地地震烈度低1-2度时对应的速度范围中的低限值,这样,在爆破时,可以在一定程度上将爆破震动的有害效应尽可能降低,以减少对周边建构筑物的破坏。
S20、开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应。
在监测敏感建构筑物的振动响应时,进行爆破规模由小到大、距离被保护建筑物或设施由远及近、自由面由多至少的爆破试验,确定出被保护建筑物或设施极限承受程度对应的爆破方案的工艺条件、参数等,以在将爆破震动有害效应降低到最低程度的同时,可以提高爆破开挖效率。
此外,由于隧道爆破中,隧道至敏感建筑物路径上的围岩或填充物复杂多变,爆破振动速度难以用公式进行预测,因此爆破振动可以采用爆破振动仪长期监测。
S30、根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖。
本实施例中,若根据所述振动响应的反馈结果小于所述安全阈值,则确定进一步爆破开挖可行。
本实施例中,在正式爆破开挖之前,通过爆破实验确定出合理的爆破开挖方案,可以在一定程度上降低爆破振动有害效应,从而可适应周边建筑物较多的复杂环境的隧道开挖工程中。
具体的,所述开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应(步骤S20)包括:依次开展爆破规模由小到大、距离被保护建筑物或设施由远及近、自由面由多至少的逐次逐级增加的爆破试验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果。这样,通过由低到高逐级调整爆破实验工艺条件和参数,逐渐试探被保护建筑物或设施所能承受的最大爆破震动程度,可以确定出一个合理的爆破开挖技术方案,从而可在一定程度上,降低后续正式实施爆破开挖过程中的爆破振动有害效应。
其中,爆破试验可按照以下顺序进行,若爆破振动速度若在某一阶段超过安全阈值,则下一级别试验停止,也即意味着上一级别爆破实验中采用的工艺条件和参数等为爆破实施的极限状态参数,爆破方案以该上一级别爆破试验中的爆破工艺为基础实施。
因此,在一些实施例中,所述根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖(步骤S30)包括:
若监测到当次级别的爆破实验中,所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值;
则将上一次爆破实验中使用的爆破规模、到被保护建筑物或设施的距离及自由面的数量确定为进一步爆破开挖的爆破工艺条件。
这样,通过上述步骤,可以将爆破震动有害效应降低到最低程度的同时,提高爆破开挖效率。
请参看图2至图4所示,在一些实施例中,所述爆破实验包括五个级别,步骤S20包括:
开展第一级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第一反馈结果:
若根据所述第一反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第二级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第二反馈结果;
若根据所述第二反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第三级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第三反馈结果;
若根据所述第三反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第四级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第四反馈结果;
若根据所述第四反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第五级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第五反馈结果;
若根据所述第五反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,加大孔深,重复开展上述五个级别的爆破实验,直至被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值为止。
其中,如图1所示,所述第一级别爆破实验为:使用机械结合人工对掌子面上部开挖,为掌子面底部爆破创造出一个新自由面,以削弱地表爆破振动;对底部掏槽爆破。其中,底部掏槽爆破优先选用倾斜孔掏槽爆破方案。
如图2所示,所述第二级别爆破实验为:在掌子面上部开挖成功,创造出一个新自由面的基础上,对底部崩落孔、周边孔起爆;监测起爆过程中震动波的波形,对所述波形分析统计,确定出爆破振动强度最大的药量及相应炮孔的位置。
本实施例中,在第一级别爆破实验实施例后,上部存在自由面、底部掏槽爆破已完成且被保护建筑物安全前提下,进行第二阶段爆破试验:底部崩落孔、周边孔正常爆破,通过对波形分析统计,找出爆破振动最大的药量及相关炮孔位置,如图2所示。
所述第三级别爆破实验为:对掌子面顶部轮廓部位钻预定间距密集度的周边孔;该周边孔保持空孔状态;对掌子面上部掏槽爆破;在上部掏槽爆破过程中,利用所述周边孔减震。
本实施例中,掌子面上部在底部之后开挖,即不额外创造新的自由面;顶部轮廓部位的周边孔,不装药,保持空孔状态,在上部掏槽爆破过程中,起减振作用,类似于预裂,可以在一定程度上阻缓爆破震动的传递速度,削弱爆破震动的有害效应。
其中,上部掏槽爆破优先选用斜孔掏槽,甚至可以在掏槽中心打直径较大的空孔,减轻炮孔的夹制作用,提高炮孔利用率。
如图4所示,所述第四级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,保留所述周边孔,将剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆。
如图5所示,所述第五级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,向所述周边孔中装药,将所述周边孔、剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆。
在爆破试验过程中,各炮孔孔深至少为一个拱架间距,例如,至少为50cm;若能够顺利完成上述5个级别的爆破实验,被保护建筑物的安全性没有受到可承受范围之外的影响,还可加大孔深至1.5个拱架间距,继续重复上述各个级别爆破试验直至爆破震动响应的反馈结果超过安全阈值,确定出一个合理的爆破方案。
当前,在城市复杂环境下隧道爆破开挖中,爆破噪声、爆炸冲击波等对外界的危害效应均可通过精细的爆破施工及相关措施进行控制或弱化,而爆破产生的振动较难控制,尤其是坚硬岩石隧道爆破开挖产生的振动效应会很容易给周围建筑物或者构筑物带来损害。
根据上述描述可知,本发明实施例提供的岩石隧道爆破开挖方法,在开发之前,通过爆破实验预先确定出合理的爆破开挖可行性方案,在城市地铁、管廊等隧道建造过程中,能够有效地控制爆破振动有害效应,保护周边建构筑物、市政管线等的安全,从而避免因爆破振动造成较大的财产损失和社会问题。
需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。另外,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系排要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确排出的其它要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,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。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种岩石隧道爆破开挖方法,其特征在于,包括步骤:
S10、确定待开挖隧道周边被保护建筑物或设施的安全阈值;
S20、开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应;
S30、根据所述振动响应的反馈结果与所述安全阈值进行比较,确定是否进一步爆破开挖;
步骤S30包括:
若监测到当次级别的爆破实验中,所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值;
则将上一次爆破实验中使用的爆破规模、到被保护建筑物或设施的距离及自由面的数量确定为进一步爆破开挖的爆破工艺条件;
所述爆破实验包括五个级别,步骤S20包括:
开展第一级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第一反馈结果:
若根据所述第一反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第二级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第二反馈结果;
若根据所述第二反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第三级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第三反馈结果;
若根据所述第三反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第四级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第四反馈结果;
若根据所述第四反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,开展第五级别爆破实验,并监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的第五反馈结果;
若根据所述第五反馈结果与所述安全阈值比较,确定所述被保护建筑物或设施安全的前提下,加大孔深,重复开展上述五个级别的爆破实验,直至被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果超过所述安全阈值为止;
其中,所述第一级别爆破实验为:使用机械结合人工对掌子面上部开挖,为掌子面底部爆破创造出一个新自由面,以削弱地表爆破振动;对底部掏槽爆破;其中,底部掏槽爆破选用倾斜孔掏槽爆破方案;
所述第二级别爆破实验为:在掌子面上部开挖成功,创造出一个新自由面的基础上,对底部崩落孔、周边孔起爆;监测起爆过程中震动波的波形,对所述波形分析统计,确定出爆破振动强度最大的药量及相应炮孔的位置;
所述第三级别爆破实验为:对掌子面顶部轮廓部位钻预定间距密集度的周边孔;该周边孔保持空孔状态;对掌子面上部掏槽爆破;在上部掏槽爆破过程中,利用所述周边孔减震;
所述第四级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,保留所述周边孔,将剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆;
所述第五级别爆破实验为:在所述第三级别爆破实验的基础上,向所述周边孔中装药,将所述周边孔、剩余掏槽孔及崩落孔一次性起爆。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述开展逐级爆破实验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应包括:依次开展爆破规模由小到大、距离被保护建筑物或设施由远及近、自由面由多至少的逐次逐级增加的爆破试验,监测所述被保护建筑物或设施的振动响应的反馈结果。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,各炮孔孔深至少为一个拱架间距。
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