CN115077315A - 一种基于凿岩台架结构的隧道炮孔分布方案获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于凿岩台架的隧道炮孔分布方案获取方法，包括以下步骤：根据隧道的设计参数获取隧道掌子面开挖轮廓线及上下台阶分界线；根据凿岩台架的设计参数绘制凿岩台架形状轮廓线；将获得的隧道掌子面开挖轮廓线、上下台阶分界线与凿岩台架形状轮廓线相交，根据凿岩台架轮廓线对上下台阶分界线上方的隧道掌子面区域进行分区；针对每个分区进行炮孔分布设计，得到最终的炮孔分布方案，采用本发明的方法得到的炮孔分布更加科学合理，爆破效果好。

Description

一种基于凿岩台架结构的隧道炮孔分布方案获取方法

技术领域

本发明涉及地下洞室爆破作业设计技术领域，具体涉及一种基于凿岩台架结构的隧道炮孔分布方案获取方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

隧道等地下洞室工程建设的规模和数量不断增加。由于钻爆法施工技术简单、操作灵活、经济成本低，且随着钻爆机械的不断升级和操作水平的不断提高，目前仍是山岭隧道、城市岩质隧道最常用的开挖方法之一。

地下洞室工程，诸如山岭隧道、城市地铁、矿房开挖，工作面常常布设上百个炮孔，炮孔布设的质量直接影响爆破开挖的好坏，其中炮孔布设方案是最主要的控制因素之一。发明人发现，当前，大断面地下洞室的爆破开挖炮孔布设以工人经验为主，以CAD等画图软件为辅，布设出的炮孔通常不会考虑凿岩台架形状，导致设计方案形同虚设，无法落地。在进行爆破方案设计时通常考虑的是将整个断面是连续均质岩体，但是这往往与现场实际环境不符，导致的炮孔分布方案设计不合理。发明人还发现，通常用来衡量炮孔布置合理性的指标为炮孔的孔距，而现场在进行钻孔作业时，施工人员凭借施工经验来进行打孔，无法保证孔距满足要求，因此无法保证炮孔布置的合理性。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种基于凿岩台架的隧道炮孔分布方案获取方法，获得的炮孔分布方案考虑了凿岩台架形状，便于落地实施。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

本发明的实施例提供了一种基于凿岩台架的隧道炮孔分布方案获取方法，包括以下步骤：

根据隧道的设计参数获取隧道掌子面开挖轮廓线及上下台阶分界线；

根据凿岩台架的设计参数绘制凿岩台架形状轮廓线；

将获得的隧道掌子面开挖轮廓线、上下台阶分界线与凿岩台架形状轮廓线相交，根据凿岩台架轮廓线对上下台阶分界线上方的隧道掌子面区域进行分区；

针对每个分区进行炮孔分布设计，得到最终的炮孔分布方案。

可选的，隧道的设计参数包括拱顶圆弧半径、侧墙圆弧半径、仰拱圆弧半径、单侧拱顶圆弧角，仰拱最低端到拱顶轮廓线圆心距离、上下台阶分界线到拱顶轮廓线圆心距离。

可选的，凿岩台架的设计参数包括每一层的高度和台架宽度。

可选的，每个分区的炮孔分布设计方法包括：

确定分区所需要设置炮孔的种类；

确定对应种类炮孔的排数和每一排的炮孔数量，进而得到炮孔的孔距；

对于设定种类的炮孔，确定一排中位于一个端部的炮孔的位置，然后根据孔距依次确定其他炮孔的位置。

可选的，得到炮孔的孔距后，根据围岩参数对孔距进行验证，当孔距不符合要求时，对炮孔的排数和每一排的炮孔数量进行调整，直至满足要求。

可选的，针对每一个分区，根据爆破条件参数得到炮孔的纵向炮孔深度和倾角。

可选的，凿岩台架轮廓线将上下台阶分界线上方的隧道掌子面开挖区域分为八个区域，其中，凿岩台架轮廓线的一层线下方中部设有第一区域，还设有对称设置在第一区域两侧的第二区域和第三区域，凿岩台架轮廓线的一层线和二层线之间设有对称设置的第四区域和第五区域，凿岩台架轮廓线的二层线和三层线之间设有对称设置的第六区域和第七区域，凿岩台架轮廓线三层线上方设有第八区域。

可选的，第二区域和第三区域的炮孔种类为周边孔、内圈孔、抬炮孔和底板孔，第一区域的炮孔种类为底板孔和抬炮孔。

可选的，第四区域、第五区域、第六区域和第七区域的炮孔种类为周边孔、内圈孔、扩槽孔和掏槽孔。

可选的，第八区域的炮孔种类为周边孔和内圈孔。

本发明的有益效果：

1.本发明的炮孔分布方案获取方法，利用凿岩台架轮廓线对上下台阶分界线上方的隧道掌子面开挖区域进行分区，然后针对每一分区进行炮孔分布方案设计，化整为零，有利于炮孔分布设计时避开凿岩台架，便于现场工人钻孔施工。

2.本发明的炮孔分布方案获取方法，针对每一个分区，可根据每个分区的岩体条件进行炮孔分布方案的设计，同时设计炮孔的纵向炮孔深度和倾角，考虑了每个分区岩体等级不同的实际情况，使得炮孔的设计更加符合现场实际环境，设计出来的炮孔也更加科学合理。

3.本发明的炮孔分布方案获取方法，根据炮孔的排数和孔数反算炮孔的孔距，并验证其是否符合要求，不符合要求时，重新设定炮孔的排数和孔数，保证了炮孔分布的科学合理性，有利于提高地下洞室的爆破效果，同时实际施工时，只要保证分区内具有符合要求的排数和孔数即可，有利于现场操作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明实施例1方法流程图；

图2是本发明实施例1上下台阶分界线上方区域的分区示意图；

图3是本发明实施例1绘制隧道掌子面开挖轮廓线示意图；

图4是本发明实施例1绘制凿岩台架轮廓线示意图；

图5是本发明实施例1第二区域和第三区域分区布孔规则示意图；

图6是本发明实施例1第四区域、第五区域、第六区域和第七区域分区分区布孔规则示意图；

图7是本发明实施例1第八区域分区布孔规则示意图；

图8是本发明实施例1第一区域分区布孔规则示意图；

其中，1.第二区域，2.第四区域，3.第六区域，4.第八区域，5.第七区域，6.第五区域，7.第三区域，8.第一区域，9.凿岩台架轮廓线，10.上下台阶分界线，11.隧道掌子面开挖轮廓线；

5-1.周边孔，5-2.内圈孔，5-3.抬炮孔，5-4.底板孔，5-5.曲边弧长，5-6.下边界，5-7.上边界，5-8.右边界，5-9.光爆层；

6-1.周边孔，6-2.内圈孔，6-3.扩槽孔，6-4.掏槽孔，6-5.曲边弧长，6-6.下边界，6-7.上边界，6-8.右边界；

7-1.周边孔，7-2.内圈孔；

8-1.底板孔，8-2.抬炮孔，8-3.左边界。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种基于凿岩台架的炮孔分布方案获取方法，用于高速公路隧道掌子面炮孔分布方案的获取，高速公路隧道掌子面轮廓线多为三心圆，爆破施工时多采用上下台阶法施工，由于上台阶的爆破设计较于下台阶更为复杂，所以本方法主要考虑高速公路隧道上台阶炮孔分布设计，如图1所示，获取方法包括以下步骤：

步骤1：根据隧道的设计参数获取隧道掌子面开挖轮廓线11及上下台阶分界线10。

隧道掌子面开挖轮廓线11的形状是隧道成型的关键，是爆破设计时考虑的重点，隧道掌子面开挖轮廓线包括拱顶轮廓线、侧墙轮廓线及仰拱轮廓线，隧道掌子面开挖轮廓线内部区域为隧道开挖区域。

如图3所示，由于大部分高速公路开挖轮廓线为三心圆，所以根据三心圆的设计参数，隧道的设计参数包括拱顶圆弧半径、侧墙圆弧半径、仰拱圆弧半径、单侧拱顶圆弧角，仰拱底端到拱顶轮廓线圆心O₁的距离和上下台阶分界线到拱顶轮廓线圆心O₁的距离即可将隧道掌子面开挖轮廓线及上下台阶分界线绘制出来。

步骤2：根据凿岩台架的设计参数绘制凿岩台架形状轮廓线9。

如图4所示，本实施中，凿岩台架具有三层，因此凿岩台架的设计参数包括一层高度、二层高度、三层高度和台架宽度，因此凿岩台架轮廓线包括一层线、二层线、三层线及两根台架立柱轮廓线。

步骤3：将获得的隧道掌子面开挖轮廓线11、上下台阶分界线10与凿岩台架轮廓线9相交，根据凿岩台架轮廓线9对上下台阶分界线10上方的隧道掌子面开挖区域进行分区；

具体的，如图2所示，凿岩台架轮廓线将上下台阶分界线10上方的隧道掌子面开挖区域划分为八个分区，分别为第一区域8(中部)、第二区域1(左一)、第三区域7(右一)、第四区域2(左二)、第五区域6(右二)、第六区域9(左三)、第七区域5(右三)和第八区域4(拱顶)。

其中第一区域8、第二区域1、第三区域7位于凿岩台架轮廓线9的一层线下方，位于一层线和上下台阶分界线10之间。

第一区域8位于一层线下方的中部位置，第二区域1和第三区域7面积相等，对称设置在第一区域的两侧。

第四区域2和第五区域6位于一层线和二层线之间，第四区域2和第五区域6的面积相等，相对于隧道掌子面开挖轮廓线11的竖向中心线对称设置。第四区域2与第二区域1同侧设置，第五区域6与第三区域7同侧设置。

第六区域3和第七区域5位于二层线和三层线之间，第六区域3和第七区域5的面积相等，相对于隧道掌子面开挖轮廓线11的竖向中心线对称设置，第六区域3位于第四区域2上方，第七区域5位于第五区域6上方。

三层线上方的与拱顶轮廓线11之间的区域为第八区域4。

步骤4：针对每个分区进行炮孔分布设计，得到最终的炮孔分布方案。

具体的，包括以下步骤：

步骤a：确定分区所需要设置炮孔的种类；

步骤b：针对每个分区，结合爆破条件得到每个种类炮孔的纵向深度和倾斜角度，其中，爆破条件包括围岩条件、围岩埋深、炸药性质和爆破参数，根据爆破条件结合公路隧道施工技术规范得到每个种类的炮孔的纵向深度和倾斜角度，具体方法采用现有方法即可，在此不进行详细叙述。

针对每一个分区，根据爆破条件参数得到炮孔的纵向炮孔深度和倾角，考虑了开挖断面岩体等级不同的实际情况，使得炮孔的设计更加符合现场实际环境，设计出来的炮孔也更加科学合理。

步骤c：预先人为确定对应种类炮孔的排数和每一排的炮孔数量，进而得到炮孔的孔距；对孔距根据围岩参数进行验证，当孔距满足要求时，确定当前炮孔的排数和每一排炮孔的数量为最终数值，当孔距不满足要求时，重新确定炮孔的排数和每一排的炮孔数量，直至满足要求。

对于设定种类的炮孔，确定一排中位于一个端部的炮孔的位置，然后根据孔距依次确定其他炮孔的位置。

八个区域的炮孔分布均设计完成后，得到最终的炮孔分布方案。

具体的：

如图5所示，所述第二区域1和第三区域7的分区包含的炮孔类型有周边孔5-1、内圈孔5-2、抬炮孔5-3和底板孔5-4。布孔规则如下，每种类型的炮孔满足要求的一排的个数为n，分区的曲边弧长5-5为A₁，分区的下边界5-6长为B₁，上边界5-7长为B₂，右边界5-8长为H₁，光爆层5-9厚度为GL。周边孔5-1布设时，计算孔距

第一个周边孔5-1布在分区下边界拱脚处，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距沿着曲边圆弧5-5进行布置；内圈孔5-2布设时，先将分区的曲边圆弧5-5内移一个光爆层5-9厚度GL的距离，内移圆弧5-10长仍为A₁，计算孔距

第一个内圈孔5-2布置在沿着内移圆弧5-10离下边界0.5HD的位置，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置；底板孔5-4布设时，计算孔距

第一个底板孔5-4布置在沿着下边界5-6离曲边圆弧5-50.5HD的位置，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置；抬炮孔5-3布设时，假设抬炮孔5-3排数为m排，计算自上而下第i排抬炮孔5-3孔距

排距

第一排第一个炮孔布置在距右边界5-80.5HD、距上边界5-70.5PD的位置，第m排第n个炮孔布置在距右边界5-8(n-0.5)HD、距上边界5-7(m-0.5)PD的位置。

如图6所示，所述第四区域和第五区域、第六区域和第七区域分区包含的炮孔类型有周边孔6-1、内圈孔6-2、扩槽孔6-3和掏槽孔6-4。布孔规则如下，假设每种类型的炮孔满足要求的一排的个数为n，分区的曲边弧长6-5为A₃，分区的下边界6-6长为B₃，上边界6-7长为B₄，右边界6-8长为H₃，光爆层5-9厚度为GL。周边孔6-1布设时，计算孔距

第一个周边孔6-1布在沿着曲边圆弧6-5离下边界6-60.5HD处，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距沿着曲边圆弧6-5进行布置；内圈孔6-2布置规则同第二区域和第三区域分区；掏槽孔6-4沿凿岩台架立柱轮廓线6-9偏移TX，向台架9内部方向偏移为正，向隧道掌子面开挖轮廓线11方向偏移为负，计算孔距

第一个掏槽孔6-4布置在离下边界6-60.5HD处，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置；扩槽孔6-3布设时，假设扩槽孔6-3排数为m排，计算孔距

排距自内而外第i排扩槽孔6-3

第一排第一个扩槽孔6-3布置在离下边界0.5HD处，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置，第m排第n个炮孔布置在距右边界6-8(m-0.5)PD、距上边界6-7(n-0.5)HD的位置。

如图7所示，所述第八区域的分区包含的炮孔类型有周边孔7-1和内圈孔7-2。布孔规则如下，设每种类型的炮孔满足要求的一排的个数为n，光爆层厚度为GL。周边孔7-1布置规则同第四区域、第五区域和第六区域、第七区域分区；内圈孔7-2布设时，假设内圈孔7-2圈数为m圈，拱顶5高度为H₄，则内圈孔7-2自上而下的排距

孔距根据拱顶圆弧内移内圈孔排距后按照n个炮孔均分计算得到。

如图8所示，所述第一区域的分区包含的炮孔类型有底板孔8-1和抬炮孔8-2。布孔规则如下，假设每种类型的炮孔一排的满足要求个数为n，分区宽度为W，分区高度为H₁。底板孔8-1布设时，计算孔距

第一个底板孔8-1布置在离左边界8-30.5HD的位置，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置；抬炮孔8-2布设时，假设抬炮孔8-2排数为m排，计算孔距

第一个抬炮孔8-2布置在离左边界8-30.5HD的位置，剩下的n-1个炮孔按照HD的孔距进行布置，计算排距

本实施例的方法，利用凿岩台架轮廓线对上下台阶分界线上方的隧道掌子面开挖区域进行分区，然后针对每一分区进行炮孔分布方案设计，化整为零，有利于炮孔分布设计时避开凿岩台架，便于现场工人钻孔施工。

本实施例中，由于确定了炮孔的排数和每排炮孔的数量，因此实际施工中，施工人员只要按照要求钻设定数量孔数的钻孔即可，利用钻孔数量来控制孔距，无需钻孔时对相邻钻孔位置测量后再进行钻孔，施工更加方便快捷，同时保证了炮孔分布的科学合理性，提高了爆破效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于凿岩台架的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据隧道的设计参数获取隧道掌子面开挖轮廓线及上下台阶分界线；

根据凿岩台架的设计参数绘制凿岩台架形状轮廓线；

将获得的隧道掌子面开挖轮廓线、上下台阶分界线与凿岩台架形状轮廓线相交，根据凿岩台架轮廓线对上下台阶分界线上方的隧道掌子面区域进行分区；

针对每个分区进行炮孔分布设计，得到最终的炮孔分布方案。

2.如权利要求1所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，隧道的设计参数包括拱顶圆弧半径、侧墙圆弧半径、仰拱圆弧半径、单侧拱顶圆弧角，仰拱最低端到拱顶轮廓线圆心距离、上下台阶分界线到拱顶轮廓线圆心距离。

3.如权利要求1所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，凿岩台架的设计参数包括每一层的高度和台架宽度。

4.如权利要求1所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，每个分区的炮孔分布设计方法包括：

确定分区所需要设置炮孔的种类；

确定对应种类炮孔的排数和每一排的炮孔数量，进而得到炮孔的孔距；

对于设定种类的炮孔，确定一排中位于一个端部的炮孔的位置，然后根据孔距依次确定其他炮孔的位置。

5.如权利要求4所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，得到炮孔的孔距后，根据围岩参数对孔距进行验证，当孔距不符合要求时，对炮孔的排数和每一排的炮孔数量进行调整，直至满足要求。

6.如权利要求4所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，针对每一个分区，根据爆破条件参数得到炮孔的纵向炮孔深度和倾角。

7.如权利要求1所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，凿岩台架轮廓线将上下台阶分界线上方的隧道掌子面开挖区域分为八个区域，其中，凿岩台架轮廓线的一层线下方中部设有第一区域，还设有对称设置在第一区域两侧的第二区域和第三区域，凿岩台架轮廓线的一层线和二层线之间设有对称设置的第四区域和第五区域，凿岩台架轮廓线的二层线和三层线之间设有对称设置的第六区域和第七区域，凿岩台架轮廓线三层线上方设有第八区域。

8.如权利要求7所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，第二区域和第三区域的炮孔种类为周边孔、内圈孔、抬炮孔和底板孔，第一区域的炮孔种类为底板孔和抬炮孔。

9.如权利要求7所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，第四区域、第五区域、第六区域和第七区域的炮孔种类为周边孔、内圈孔、扩槽孔和掏槽孔。

10.如权利要求7所述的一种基于凿岩台阶的隧道炮孔分布方案获取方法，其特征在于，第八区域的炮孔种类为周边孔和内圈孔。

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