CN115655029B - 一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，属于工程爆破技术领域，先判断岩石普氏系数是否小于或等于预设系数，若是，则将后行隧洞划分为第一分区、第二分区、第三分区和第四分区，依次对第一分区、第二分区、第三分区和第四分区进行爆破；若否，则将后行隧洞划分为第一分域、第二分域、第三分域、第四分域、第五分域和第六分域，依次对第一分域、第二分域、第三分域、第四分域、第五分域和第六分域进行爆破，从而对后行隧洞进行分区块差异化爆破，能够在保证小净距中夹岩柱安全稳定的前提下，实现隧道爆破。

Description

一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，特别是涉及一种大跨度小净距隧道分区块差异化低振弱损精准控制爆破方法。

背景技术

大跨度小净距隧道爆破的难点在于保护中夹岩柱的安全和稳定性。现有的技术措施主要有：(1)根据经验缩小循环进尺，采用缩短炮孔深度的方法，导致施工效率低。(2)采用爆破+机械综合施工方法，爆破松动后机械开挖，存在转换工序繁杂及机械故障率高等问题。(3)采用传统的光面爆破技术，超欠挖问题严重，施工成本高，对中夹岩柱的扰动作用强烈，振动和损伤问题均较为显著，致使中夹岩柱难以留存，且仅适用于5m以上的小净距隧道。特别地，对于中夹岩柱厚度小于1m的隧道采用上述方法产生的振动(通常振速大于16cm/s)和损伤(宏观裂纹)仍较大，需要特殊的支护加固措施。综上，现有爆破技术无法确保0.4m～0.8m左右超小净距中夹岩柱的安全。

基于此，亟需一种适用于大跨度小净距隧道的爆破方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，能够在保证小净距中夹岩柱安全稳定的前提下，实现隧道爆破。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，所述爆破方法包括：

判断待爆破大跨度小净距隧道的岩石普氏系数是否小于或等于预设系数；

若是，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第一上平台和第一下平台；将所述第一上平台划分为第一分区和第二分区；所述第一分区为所述第一上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分区为所述第一上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第一下平台划分为第三分区和第四分区；所述第三分区为所述第一下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第四分区为所述第一下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分区、所述第二分区、所述第三分区和所述第四分区进行爆破；

若否，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第二上平台和第二下平台；将所述第二上平台划分为第一分域、第二分域和第三分域；所述第一分域为所述第二上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分域为所述第二上平台的中间部分；所述第三分域为所述第二上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第二下平台划分为第四分域、第五分域和第六分域；所述第四分域为所述第二下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第五分域为所述第二下平台的中间部分；所述第六分域为所述第二下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分域、所述第二分域、所述第三分域、所述第四分域、所述第五分域和所述第六分域进行爆破。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用于提供一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，先判断待爆破大跨度小净距隧道的岩石普氏系数是否小于或等于预设系数，若是，则将后行隧洞从上到下划分为第一上平台和第一下平台，将第一上平台划分为第一分区和第二分区，将第一下平台划分为第三分区和第四分区，依次对第一分区、第二分区、第三分区和第四分区进行爆破；若否，则将后行隧洞从上到下划分为第二上平台和第二下平台，将第二上平台划分为第一分域、第二分域和第三分域，将第二下平台划分为第四分域、第五分域和第六分域，依次对第一分域、第二分域、第三分域、第四分域、第五分域和第六分域进行爆破，从而对后行隧洞进行分区块差异化爆破，能够在保证小净距中夹岩柱安全稳定的前提下，实现隧道爆破。

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他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的待爆破大跨度小净距隧道的示意图；

图2为本发明实施例1所提供的爆破方法的方法流程图；

图3为本发明实施例1所提供的四区块的划分示意图；

图4为本发明实施例1所提供的六区块的划分示意图；

图5为本发明实施例1所提供的偏心掏槽+切缝爆破方案的炮孔布置图；

图6为本发明实施例1所提供的分阶分段准直孔装药的示意图；

图7为本发明实施例1所提供的切缝装药结构的示意图；

图8为本发明实施例1所提供的护壁+预裂爆破方案的炮孔布置图；

图9为本发明实施例1所提供的护壁爆破结构的示意图；

图10为本发明实施例1所提供的水压+光面爆破方案的炮孔布置图；

图11为本发明实施例1所提供的水压爆破中水袋间隔分段装药结构的示意图；

图12为本发明实施例1所提供的逐孔+空孔爆破方案的炮孔布置图；

图13为本发明实施例1所提供的第二上平台中部区块梯度爆破方案的炮孔布置图；

图14为本发明实施例1所提供的第二下平台中部区块梯度爆破方案的炮孔布置图；

图15为本发明实施例1所提供的测振单元的结构示意图；

图16为本发明实施例1所提供的第一分区的爆破振动波形曲线图；

图17为本发明实施例1所提供的第二分区的爆破振动波形曲线图；

图18为本发明实施例1所提供的第三分区的爆破振动波形曲线图；

图19为本发明实施例1所提供的第四分区的爆破振动波形曲线图；

图20为本发明实施例1所提供的现场射波法损伤测试的示意图；

图21为本发明实施例1所提供的中夹岩柱累积损伤分布统计示意图。

符号说明：

1-防护箱；1a-箱体；1b-箱盖；2-测振仪；3-配置电源；4-测振探头；5-支脚。

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。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。

本发明的目的是提供一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，能够在保证小净距中夹岩柱安全稳定的前提下，实现隧道爆破。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例用于提供一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，如图1所示，其为待爆破大跨度小净距隧道的示意图，按照开挖时间顺序，隧道可分为先行隧洞和后行隧洞，小净距中夹岩柱的宽度为0.4～0.8m，位于先行隧洞和后行隧洞之间，本实施例的目的是在保护中夹岩柱的安全稳定性的前提下对后行隧洞进行爆破。如图2所示，本实施例的爆破方法包括：

S1：判断待爆破大跨度小净距隧道的岩石普氏系数是否小于或等于预设系数；

本实施例中，预设系数可为6，先确定待爆破大跨度小净距隧道掘进位置处的岩石普氏系数，当岩石普氏系数≤6，则认为是软岩；当岩石普氏系数>6，则认为是中硬岩。

S2：若是，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第一上平台和第一下平台；将所述第一上平台划分为第一分区和第二分区；所述第一分区为所述第一上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分区为所述第一上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第一下平台划分为第三分区和第四分区；所述第三分区为所述第一下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第四分区为所述第一下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分区、所述第二分区、所述第三分区和所述第四分区进行爆破；

如图3所示，对于岩石普氏系数f≤6的软岩，先从上到下把后行隧洞划分为第一上平台和第一下平台，第一上平台和第一下平台的高度比例可为2:1，再按照距离保护中夹岩柱由远及近的顺序分别对第一上平台和第一下平台进行划分，将后行隧洞划分为Ⅰ～Ⅳ四部分，I即为第一分区，II即为第二分区，III即为第三分区，IV即为第四分区，各分区面积占后行隧洞全断面面积的比例可分别为：0.55、0.25、0.15和0.05，其中Ⅰ、Ⅲ为减振区，Ⅱ、Ⅳ为降损区。

本实施例在岩石普氏系数小于或等于6时，将后行隧洞分为上下两平台四分区，同一开挖平台分为远离中夹岩柱和靠近中夹岩柱两分区开挖，从时空分布上遵循先远端后近端、先上部后下部的开挖原则，则开挖顺序为I-II-III-IV，首爆区I区为上平台远离中夹岩柱侧，需按掏槽孔、辅助孔、周边孔依次起爆形成开挖空间，其余Ⅱ～Ⅳ分区开挖至少有两个以上自由面，故采用台阶分区爆破方式。本实施例根据每个分区与中夹岩柱的距离不同采用不同爆破技术。第一上平台的距保护中夹岩柱较远的首爆区(Ⅰ区)，采用偏心掏槽+切缝爆破技术，即将掏槽孔设置在远离中夹岩柱一侧的偏心位置，周边孔采用聚能切缝装药形式，其余炮孔多段起爆；第一上平台的距中夹岩柱较近区(Ⅱ区)，采用护壁+预裂爆破技术，即对距离中夹岩柱最近的周边孔采用护壁预裂爆破进行提前预裂，其余炮孔按照从远到近多段起爆；第一下平台的距保护中夹岩柱较远区(Ⅲ区)，采用水压+光面爆破技术，在周边孔钻凿密集炮孔，采用常规光面爆破形式，其余炮孔在底部装填水袋，采用水袋间隔装药，减少超欠挖现象并降低对保留围岩的冲击振动作用；第一下平台的距保护中夹岩柱较近区(Ⅳ区)，采用逐孔+空孔爆破技术，沿中夹岩柱近区轮廓钻凿小间距空孔间隔装药，其余炮孔采用数码雷管逐孔起爆，最大程度降低对中夹岩柱近区的损伤。

具体的，依次对第一分区、第二分区、第三分区和第四分区进行爆破可以包括：采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对第一分区进行爆破；采用护壁和预裂爆破的方法对第二分区进行爆破；采用水压和光面爆破的方法对第三分区进行爆破；采用逐孔和空孔爆破的方法对第四分区进行爆破。

S3：若否，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第二上平台和第二下平台；将所述第二上平台划分为第一分域、第二分域和第三分域；所述第一分域为所述第二上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分域为所述第二上平台的中间部分；所述第三分域为所述第二上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第二下平台划分为第四分域、第五分域和第六分域；所述第四分域为所述第二下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第五分域为所述第二下平台的中间部分；所述第六分域为所述第二下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分域、所述第二分域、所述第三分域、所述第四分域、所述第五分域和所述第六分域进行爆破。

如图4所示，对于普氏系数f＞6的中硬岩，先从上到下把后行隧洞划分为第二上平台和第二下平台，第二上平台和第二下平台的高度比例可为2:1，再按照距离保护中夹岩柱由远及近的顺序分别对第二上平台和第二下平台进行划分，将后行隧洞划分为Ⅰ～VI六部分，I即为第一分域，II即为第二分域，III即为第三分域，IV即为第四分域，V即为第五分域，VI即为第六分域，各分域面积占后行隧洞全断面面积的比例可分别为：0.35、0.1、0.1、0.25、0.1和0.1，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ为减振区，Ⅲ、Ⅵ为降损区。

本实施例在岩石普氏系数大于6时，将后行隧洞分为上下两平台六分区，同一平台分为三个开挖分区，从时空分布上遵循先远端后近端、先上部后下部的开挖原则，开挖顺序为先第二上平台的Ⅰ～Ⅲ，后第二下平台的Ⅳ～Ⅵ。第二上平台的距中夹岩柱较远的首爆区(Ⅰ区)，采用偏心掏槽+切缝爆破技术；Ⅱ、Ⅴ区采用多段别梯度爆破，单孔药量由远到近逐渐减少形成梯度；Ⅲ区采用护壁+预裂爆破技术；Ⅳ区采用水压+光面爆破技术；Ⅵ区采用逐孔+空孔爆破技术，采用数码雷管—非电雷管混合起爆网络，关键部位孔内分段，实现对小净距中夹岩柱减振降损的同时，保证隧道掘进进尺。

具体的，依次对第一分域、第二分域、第三分域、第四分域、第五分域和第六分域进行爆破可以包括：采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对第一分域进行爆破；采用多段别梯度爆破的方法对第二分域进行爆破；采用护壁和预裂爆破的方法对第三分域进行爆破；采用水压和光面爆破的方法对第四分域进行爆破；采用多段别梯度爆破的方法对第五分域进行爆破；采用逐孔和空孔爆破的方法对第六分域进行爆破。

本实施例先进行小净距隧道后行隧洞开挖区块的确定，开挖时序上，小净距隧道后行隧洞一旦开挖便存在中夹岩柱的保护问题，考虑到自由面对岩体爆破振动和损伤控制的积极作用，采用“化整为零”的区块化思想，将小净距隧道净高按照上下2:1的比例划分为两平台若干区块进行差异化爆破，对于岩石普氏系数f≤6的开挖岩体，将后行隧洞划分为两平台四分区(Ι～Ⅳ)，上平台包括Ι、Ⅱ两分区，Ⅰ区为远离中夹岩侧，Ⅱ区为靠近中夹岩侧，下平台包括Ⅲ、Ⅳ两分区，Ⅲ区为远离中夹岩侧，Ⅳ区为靠近中夹岩侧，开挖顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ。若岩石普氏系数f＞6，则将后行隧洞划分为两平台六分区(Ι～Ⅵ)，上平台包括Ⅰ～Ⅲ三分区，Ⅰ区为远离中夹岩侧，Ⅱ区为中间部分岩体，Ⅲ区为靠近中夹岩侧，下平台包括Ⅳ～Ⅵ三分区，Ⅳ区为远离中夹岩侧，Ⅴ区为中间部分岩体，Ⅳ区为靠近中夹岩侧，开挖顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ。通过对不同分区采用差异化爆破方法，降低了常规爆破导致的强振和累积损伤问题。

本实施例所提供的大跨度小净距隧道中夹岩减振降损精准控制爆破方法，根据隧道现场岩性确定后行隧洞开挖分区，即根据隧道现场岩石普氏系数，将后行隧洞划分为不同区块进行差异化分次开挖，从时空分布上遵循由远端到近端、先上部后下部的开挖原则，距保护中夹岩柱最远岩体先开挖，从而确保距离岩柱最近的爆破区域为两个或三个自由面，爆破过程是按照Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ或Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ的开挖顺序，逐区进行每一分区的凿孔和爆破，每一分区是一次起爆。

优选的，同一开挖平台中，靠近中夹岩柱的爆破岩体底部最大宽度根据岩性分别设置为该平台开挖断面总宽度的1/4(软岩)或1/5(中硬岩)。即第二分区的爆破岩体底部最大宽度为第一上平台开挖断面总宽度的1/4，第四分区的爆破岩体底部最大宽度为第一下平台开挖断面总宽度的1/4，第三分域的爆破岩体底部最大宽度为第二上平台开挖断面总宽度的1/5，第六分域的爆破岩体底部最大宽度为第二下平台开挖断面总宽度的1/5。

以下，对本实施例所提供的5种爆破方法进行详细介绍：

(1)偏心掏槽和切缝爆破的方法：

远离中夹岩侧的首爆区的掏槽孔设置在尽可能远离中夹岩柱一侧的偏心位置，如图5所示，总体爆破网络采用导爆管雷管起爆方式，各炮孔爆破技术如下：

1)掏槽为双楔形准直孔多段毫秒延时起爆，掏槽孔区域中心偏离首爆区中心并远离中夹岩侧80cm，掏槽孔布置在首爆区中下部，采用连续装药形式，径向不耦合系数为1.67，掏槽孔采用双楔形(形成分阶分段)准直孔形式，按照梅花形布置，分阶分段准直孔装药的示意图如图6所示。掏槽布置准直孔6个，炮孔深度为2.8m，单孔底部装药量0.3kg，采用MS5段雷管起爆，上下中心孔间距为600mm；掏槽左右两侧第一排边孔共8个，倾角为65°，上下边孔间距为600mm，单孔装药量为0.8kg，炮孔深度1.4m，孔内分两段装药，上部装填0.4kg，采用MS1段雷管起爆，底部装填0.4kg，采用MS2段雷管起爆；左右两侧第二排边孔12个，倾角为70°，上下边孔间距为600mm，单孔装药量1.6kg，炮孔深度为2.9m，孔内分两段装药，上部装填0.8kg，采用MS3段雷管起爆，底部装填0.8kg，采用MS4段雷管起爆；中心孔与第一排边孔水平距离为1.8m，与第二排边孔水平间距为2.8m。

2)辅助孔采用导爆管雷管多孔一段起爆，根据网络复杂性可采用孔外用数码电子雷管延时控制孔内起爆时间，辅助孔在掏槽孔和周边孔之间均匀布置，炮孔为直孔形式，深度为2.5m。拱部辅助孔孔间距为700mm，排距为600mm，炮孔密集系数为1.17，由内向外布置三排炮孔，分别采用MS7、MS9和MS11段雷管起爆，单孔装药量依次递减，分别为0.9kg、0.8kg和0.7kg；掏槽区域左右两侧辅助孔孔距600mm，排距750mm，炮孔密集系数为1.25，左侧辅助孔前两排单孔装药量为1.2kg，采用MS7段雷管起爆，左侧中间两排单孔装药量为0.9kg，采用MS9段雷管起爆，左侧最左排单孔装药量为0.7kg，采用MS11段雷管起爆；右侧辅助孔前两排单孔装药量为1.2kg，采用MS7段雷管起爆，第三排单孔装药量为0.9kg，采用MS9段雷管起爆，第四排单孔装药量为0.7kg,采用MS11段雷管起爆。辅助孔的装药量呈由内向外依次递减的规律。

3)周边孔采用切缝爆破装药形式，按照小间距500mm间隔布孔，靠近中夹岩侧的周边孔的装药量为0.4kg，远离中夹岩侧的周边孔的装药量为0.6kg，底部周边孔的间距适当增大为800mm，单孔装药量为0.8kg，周边孔采用MS13段雷管同时起爆，保证爆破效果。如图7所示，切缝药包制作采用定制的带有沿轮廓方向预制切缝的高强度硬质阻燃PVC材料，将药卷和起爆器材装填到切缝管内，后续炮孔装填切缝药包时，应调整切缝朝向隧道开挖轮廓成型方向，便于形成平整的开挖轮廓。

则采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对第一分区进行爆破可以包括：在第一分区的中下部布设有掏槽孔，掏槽孔的分布区域的中心向远离中夹岩柱的方向偏离第一分区的中心；在掏槽孔的分布区域与第一分区的外边沿之间布设有辅助孔；在第一分区的外边沿上布设有周边孔；向掏槽孔、辅助孔和周边孔内填充爆破物，以进行爆破。爆破物可为炸药。对第一分域进行爆破的方法与对第一分区进行爆破的方式相同，在此不再赘述。

(2)护壁和预裂爆破的方法

如图8所示，在距离中夹岩柱最近的周边孔采用护壁药包并优先预裂起爆，下部周边孔共9个，间距为400mm，单孔装药量为0.2kg，上部周边孔共5个，间距为500mm，单孔装药量为0.4kg，周边孔均采用MS1段雷管起爆。辅助孔根据至中夹岩柱的距离采用自下而上的起爆顺序进行起爆，即由下向上依次起爆，采用导爆管雷管多孔一段簇联起爆，其中MS3段炮孔数量为3个，炮孔间距为750mm，单孔装药量1.2kg；MS5段炮孔数量为3个，炮孔间距为750mm，单孔装药量为0.9kg；MS7段炮孔数量为3个，炮孔间距为800mm，单孔装药量为0.9kg；MS9段炮孔数量为4个，炮孔间距为850mm，单孔装药量为0.6kg；MS11段炮孔数量为2个，炮孔间距为450mm，单孔装药量为0.6kg，辅助孔所在分区采用簇联绑扎一次起爆。

如图9所示，靠近中夹岩柱最近侧的周边孔预裂孔护壁材料采用软硅胶等吸能介质并与炸药同步装填到炮孔内，最大程度降低炸药对保护中夹岩柱围岩的损伤。

则采用护壁和预裂爆破的方法对第二分区进行爆破可以包括：在第二分区靠近中夹岩柱的边沿布设有周边孔；在第二分区内布设有辅助孔；向周边孔内填充护壁药包，向辅助孔填充爆破物，对周边孔进行预裂起爆，按照由下到上的顺序对辅助孔进行依次起爆，以进行爆破；护壁药包包括炸药和由吸能介质制成的护壁。对第三分域进行爆破的方法与对第二分区进行爆破的方法相同，在此不再赘述。

(3)水压和光面爆破的方法

下平台远离中夹岩侧的分区采用孔内分段水压光面爆破，如图10所示，各炮孔具体技术如下：

在常规炮孔的最底部装填水袋，在常规炮孔上部进行水袋与炸药复合填充，利用炮孔中水在爆破作用下的“水楔作用”延长对围岩作用时间，最大程度提高炸药利用率，从而降低单孔装填炸药量。炮孔内炸药采用水袋间隔分段装药结构，如图11所示，沿孔口至孔底依次为炮泥堵塞段、间隔水袋、第一装药段、间隔水袋、第二装药段、间隔水袋，孔口为低段别雷管，孔底为高段别雷管，同一排炮孔采用的雷管段别相同，不同排间炮孔按照由上排到下排雷管段别奇数或偶数段增加，其中，每排炮孔数量为16个，炮孔间距650mm，排距700mm，炮孔密集系数为1.1，单孔装药量为0.6kg，由上往下第一排炮孔孔内第一装药段装填0.3kg炸药，采用MS1段起爆，第二装药段装填0.3kg炸药，采用MS3段起爆；第二排炮孔孔内第一装药段装填0.3kg炸药，采用MS3段起爆，第二装药段装填0.3kg炸药，采用MS5段起爆；第三排炮孔孔内第一装药段装填0.3kg炸药，采用MS5段起爆，第二装药段装填0.3kg炸药，采用MS7段起爆；第四排炮孔孔内第一装药段装填0.3kg炸药，采用MS7段起爆，第二装药段装填0.3kg炸药，采用MS9段起爆，依次类推。周边孔炮孔孔内装填0.3kg炸药，沿孔口至孔底依次为堵塞炮泥、间隔水袋、装药段、间隔水袋，采用MS9段起爆，该区域炮孔一次起爆。炮孔中水亦可起到降尘作用，防止隧道瓦斯爆破，有助于实现隧道开挖的精细化和绿色环保施工。

则采用水压和光面爆破的方法对第三分区进行爆破可以包括：在第三分区内布设有炮孔；在第三分区除上边沿之外的外边沿布设有周边孔；沿炮孔的孔口至孔底的方向，依次向炮孔内填充堵塞炮泥、间隔水袋、爆破物、间隔水袋、爆破物以及间隔水袋；沿周边孔的孔口至孔底的方向，依次向周边孔内填充堵塞炮泥、间隔水袋、爆破物以及间隔水袋，以进行爆破。对第四分域进行爆破的方法与对第三分区进行爆破的方法相同，在此不再赘述。

(4)逐孔和空孔爆破的方法

下平台距离保护中夹岩柱最近侧采用逐孔起爆并在关键部位设置减振空孔，如图12所示，各炮孔具体技术如下：

该部分炮孔已形成三个独立的临空面，采用数码雷管按照由远及近的起爆顺序逐孔起爆各装药孔，最大程度降低单段起爆药量，周边孔采用导爆管雷管起爆。该区域采用数码电子雷管逐孔起爆，距离中夹岩柱最近处的外圈炮孔在装药孔之间打设减振空孔，在起到减振的同时降低对保护中夹岩柱的扰动及损伤。具体为：辅助孔孔间距为500mm，单孔装药量为0.3kg，采用5ms起爆间隔依次起爆，第1炮孔延期时间为0ms，第2炮孔为5ms，...第25炮孔为120ms，从而依次首尾相接起爆25个炮孔，形成逐孔起爆。周边孔采用“隔一装一”布置，装药孔间距为800mm，空孔等间隔分布在装药孔之间，靠近中夹岩侧周边孔采用第2毫秒系列MS6段雷管起爆，延期时间为125ms，底部周边孔采用第2毫秒系列MS7段雷管起爆，延期时间为150ms，该区域炮孔联线一次起爆。

则采用逐孔和空孔爆破的方法对第四分区进行爆破可以包括：在第四分区内布设有辅助孔；在第四分区靠近中夹岩柱的边沿和第四分区的底部布设有周边孔和空孔，且周边孔和空孔间隔设置；向辅助孔和周边孔内填充爆破物，以进行爆破。对第六分域进行爆破的方法与对第四分区进行爆破的方法相同，在此不再赘述。

(5)多段别梯度爆破的方法

对于中硬岩隧道划分的两平台六分区开挖距离保护中夹岩柱距离中等的两部分岩体，如图13和图14所示，各炮孔具体技术如下：

采用梯度爆破形式，装药量随着距离的减小亦减少，形成由远及近药量逐步递减的梯度爆破，为上、下平台距离保护中夹岩柱近区的顺利起爆提供理想的第二/第三附加自由面，为低振弱损目标达成提供保障。其中，第二上平台中间部分共布置6排炮孔，前5排炮孔孔距为650mm，排距500mm，炮孔密集系数为1.3，按照距离中夹岩由远及近分别采用MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11段雷管，MS1和MS3段两排炮孔单孔装药量为0.8kg，MS5和MS7段两排炮孔单孔装药量为0.6kg，MS9和MS11两排炮孔单孔装药量为0.4kg，MS11段孔距适当减小为600mm，炮孔密集系数为1.2。第二下平台中间部分共布置6排炮孔，炮孔间距500mm，排距500mm，炮孔密集系数为1.0，按照距离中夹岩由远及近分别采用MS1、MS3、MS5、MS7、MS9、MS11段雷管，MS1和MS3段两排炮孔单孔装药量为0.8kg，MS5和MS7段两排炮孔单孔装药量为0.6kg，MS9和MS11两排炮孔单孔装药量为0.4kg，该区域采用簇联绑扎一次起爆。

则采用多段别梯度爆破的方法对第二分域进行爆破可以包括：在第二分域内布设炮孔；按照距离中夹岩柱越近的炮孔内的爆破物的填充量越少的原则，向炮孔内填充爆破物，以进行爆破。对第二分域进行爆破的方法与对第四分域进行爆破的方法相同，在此不再赘述。

利用上述5种爆破方法对不同的区块进行爆破，解决了普通毫秒电雷管精度影响的不可控因素多而导致防拒爆网络设计缺乏定量化研究甚至研究空白的问题，有利于隧道精准高效安全施工和精细化爆破技术的发展。

本实施例用于提供一种保护隧道超小净距中夹岩柱的低振弱损差异化精准控制爆破方法，针对宽度为0.4m～0.8m的小净距中夹岩柱提出了多平台分区块差异化爆破施工方案，特别适用于小净距中夹岩柱最小宽度仅0.4m左右的隧道爆破施工。本实施例根据岩性将爆破区域划分成不同的区块，根据距离中夹岩柱距离的不同，采用多种不同的精细化爆破方案，构建了数码雷管—导爆管混合起爆网络，在满足振动和损伤要求的条件下，实现了普通钻爆法施工过程中中夹岩柱低振弱损的控制目标，利用本实施例的爆破方法，在对中夹岩柱不采取特殊支护措施情况下，能够确保大跨度小净距隧道最小仅0.4m厚度中夹岩柱的安全。本实施例针对大跨度小净距中夹岩柱的保护问题，能够有效控制隧道爆破振动和损伤问题，实现隧道的安全精准高效施工。

为了解决监测方法局限性导致监测数据离散性大的问题，在依次对第一分区、第二分区、第三分区和第四分区进行爆破之前，本实施例的爆破方法还包括：沿待爆破大跨度小净距隧道布置多个测振单元，利用测振单元对爆破过程中产生的振动进行监测；测振单元包括：防护箱、测振仪和测振探头，防护箱安装于待爆破大跨度小净距隧道的岩壁表面；测振仪设置于防护箱内；测振探头位于防护箱外，并固定在岩壁表面；测振探头和测振仪信号连接。

具体的，在对后行隧洞分区块差异化爆破方法产生的振动进行监测时，本实施例创新性的设计了测振单元，如图15所示，测振单元包括防护箱1、测振仪2、配置电源3和测振探头4，防护箱1包括箱体1a和箱盖1b，箱盖1b铰接安装在箱体1a上，在箱盖1b上配备有能够将箱盖1b锁止于箱体1a上的安全锁，此时，防护箱1具有锁止功能，可通过专用钥匙打开和关闭防护箱1。测振仪2和配置电源3分别固定安装在防护箱1的内侧，具体固定安装在箱体1a内侧，配置电源3可以采用大容量防爆锂电池组，以对测振仪2持续供电，测振探头4在测量时位于防护箱1的外侧，并通过卡箍固定在平整的岩壁表面处，测振探头4的信号输出端与测振仪2的信号输入端连接。本实施例的测振单元还可以包括固定安装在防护箱1内侧的降压板，配置电源3通过降压板与测振仪2电连接，通过降压板将供电电压调整至测振仪2供电电压范围。本实施例还可将相关导线通过软管防护，构成测振仪器监测集成化单元，导线均布置在防护箱1内，从而避免了爆破飞石对仪器敷设导线的破坏。在本实施例中，箱体1a的底部四周固定有支脚5，支脚5通过膨胀螺钉固定在开挖通道岩壁的表面上。

在爆破前，分别沿隧道拱腰部分线性布置多个测振单元，一般布置在中夹岩柱靠近上行隧洞的位置，多个测振单元构成无线振动监测系统，无线振动监测系统由振动传感器、无线接收模块、数据转换器、数据服务器等组成，测振单元采集后的振动数据通过WIFI无线网络传输到数据服务器后，可以在配有专用监测软件的电脑上查看数据，通过定制也可以在配有监测软件APP的手机上查看数据，实现了爆破振动数据的实时采集传输，提高了爆破振动信号数据采集的时效性。本实施例基于测振单元所提出的一种集成化隧道监测方法，形成了集成化监测体系，通过定制保护箱和特定防爆锂电池组，实现了大跨度小净距隧道实时不间断监测，并避免了常规“随测随走”方法测点频繁布设对测试数据精度和完整度的影响，也避免了常规“随测随走”的移动式测试方法中导线和仪器频繁布设和回收的缺陷，通过无线网进行数据传输和实时显示，实现了隧道长期不间断监测，保证了测试数据的准确性和完整性，为上述分区块差异化爆破方法实施效果评价的科学性提供了保障。

如图16-19所示，其分别为第一分区、第二分区、第三分区和第四分区的爆破振动波形曲线图，可以证明，本实施例的测振单元能够实现长期不间断监测。

如图20所示，在依次对第一分区、第二分区、第三分区和第四分区进行爆破时，本实施例的爆破方法还包括：利用折射波法对中夹岩柱的损伤进行测试。具体的，对分区块差异化爆破围岩损伤进行测试时，选用折射波法进行测试，采用一发双收声波测井法，通过发射探头向岩体发射弹性波，接收探头接收岩体中传播的弹性波并记录，从而获得弹性波的传播时间及频谱特征，结合所测钻孔的地质特点对岩体进行损伤定量评价。

本实施例的爆破方法相较于现有技术，具有如下优势：

(1)围绕减小降低爆破对小净距中夹岩柱的振动和损伤问题，根据大跨度小净距隧道中夹岩柱宽度大小和岩石硬度，形成了创新性和先进性的分区块开挖，通过设置合理的开挖顺序和差异化精细控制爆破方法，有效降低并弱化了传统钻爆法产生的次生灾害对小净距保护中夹岩柱的影响。

(2)研究并形成了数码雷管-导爆管雷管混合起爆网络，克服了多炮孔以往导爆管雷管段别不足的问题，兼顾了精准控制与成本控制的要求。

(3)解决了以往小净距隧道开挖自由面单一，振速大和损伤严重的问题，实现了高标准的振动和损伤控制指标。

(4)根据距离中夹岩柱的距离不同，设置不同的分区爆破方案，形成了精准爆破体系，综合采用切缝爆破、护壁爆破、水压爆破及逐孔爆破等先进爆破技术，并在关键区域设置偏心掏槽及隔振空孔等减振措施，实现了大跨度小净距隧道高效安全施工，并依托相关工程进行了现场实践，取得了显著的经济效益和社会价值。

(5)通过采用集成化的隧道振动监测和声波损伤测试，量化隧道爆破振动和损伤评价过程，为隧道分区块差异化爆破效果评价和机理分析提供了有效手段。

本实施例根据爆破区域岩石普氏系数将后行隧洞分为四部两平台(f≤6)或六部两平台(f＞6)，开挖顺序上遵循从中夹岩柱远端到近端，从上平台到下平台的原则，确保中夹岩柱近区的分区具有至少两个临空面。以四部两平台开挖为例，根据分区不同采用不同的爆破方案，首爆区(Ⅰ)由于临空面单一，掏槽产生的强振问题最为突出，因此设置该分区为偏心掏槽+切缝爆破形式，降低爆破振动并形成平整的开挖轮廓。上平台距离中夹岩较近的Ⅱ区采用护壁+预裂爆破形式，控制近区爆破产生的损伤。下平台距离中夹岩柱远端的Ⅲ区采用水压+光面爆破形式，减少超欠挖现象并降低对围岩的冲击振动；下平台距中夹岩较近的Ⅳ区采用逐孔+空孔爆破形式，充分利用已形成理想的三个临空面，最大程度降低中夹岩损伤范围。对于岩石硬度f＞6条件下的六部两平台开挖，除上述四分区外，增加的中间两分区采用梯度爆破方式，即单孔炮孔装药量随着距离中夹岩距离的减小而减小，不同分区根据断面大小和起爆要求，亦可采用数码雷管-非电雷管混合起爆网络，本实施例可保证超大断面小净距隧道正常进尺下对中夹岩柱的损伤控制和稳定安全。

以下，根据蔡尖尾山2#隧道疏港通道右线分叉部小净距开挖工程对本实施例的方法作详细的说明：

蔡尖尾山2#隧道疏港通道大跨度小净距隧道右线分叉部平面图如图1所示，隧道分叉开口段隧道净距0.4m，隧道内最大净跨达28.0m，最大开挖宽度达到30.52m，为已建或在建断面最大的隧道。以往常规的爆破方法无法确保0.4m中夹岩柱的稳定，无法实现隧道安全高效掘进的目标。为此，通过隧道地质勘测、方案讨论、现场试爆实践，在传统的施工方法基础上创新性地提出了以岩石普氏系数为主要调整依据的分区块开挖方案，通过对不同区块采用差异化的爆破方法，实现了大跨度小净距隧道安全精准高效施工。具体实施步骤如下：

(1)隧道掘进位置现场地勘及岩石硬度判定；

(2)大跨度小净距隧道后行隧洞开挖分区的确定；

(3)开挖时序上，小净距隧道后行隧洞一旦开挖便存在中夹岩柱的保护问题，考虑到自由面对岩体爆破振动和损伤控制的积极作用，采用“化整为零”的区块化思想，将小净距隧道净高按照上下2:1比例划分为两个平台若干区块进行差异化爆破，对于岩石普氏系数f≤6的开挖岩体，将后行隧洞划分为两平台四分区(Ι～Ⅳ)，上平台包括Ι、Ⅱ两分区，Ⅰ区为远离中夹岩侧，Ⅱ区为靠近中夹岩侧，下平台包括Ⅲ、Ⅳ两分区，Ⅲ区为远离中夹岩侧，Ⅳ区为靠近中夹岩侧，开挖顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ。若岩石普氏系数f＞6则将后行隧洞划分为两平台六分区(Ι～Ⅵ)，上平台包括Ⅰ～Ⅲ三分区，Ⅰ区为远离中夹岩侧，Ⅱ区为中间部分岩体，Ⅲ区为靠近中夹岩侧，下平台包括Ⅳ～Ⅵ三分区，Ⅳ区为远离中夹岩侧，Ⅴ区为中间部分岩体，Ⅳ区为靠近中夹岩侧，开挖顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ。下平台可紧随上台阶开挖或错开6～8m步距。通过对不同分区采用差异化爆破方法，降低了常规爆破导致的强振和累积损伤问题。

(4)距中夹岩最近处区块预留层底部最大横向宽度的确定

岩石普氏系数f＞6时，设置距中夹岩最近区块(Ⅲ区)预留层岩体底部最大横向宽度为4m；f≤6时，设置距中夹岩最近区块(Ⅱ区)预留层岩体底部最大横向宽度为6m，以保证开挖过程中能够形成合理的起爆网络。预留层开挖宽度过大或过小会导致炮孔数量增加或单孔装药量增大，难以达到有效的降振减损效果。

(5)根据中夹岩硬度和振动损伤控制标准的不同，将隧道上、下平台划分为不同的区块，分别采用不同的振动和损伤控制标准。对于岩石普氏系数f≤6的岩体，将开挖面区块化划分为两平台四部，Ⅰ区开挖采用偏心掏槽+切缝爆破技术，掏槽孔采用准直孔分阶分段偏心布置，通过孔内分阶孔间分段降低掏槽单自由面爆破形成的强振，通过周边孔设置切缝爆破形成平整的开挖轮廓，降低对保留围岩的损伤。Ⅱ区采用护壁+预裂爆破技术，通过对预裂孔采用护壁装药形式，护壁材料均匀填涂在护壁管或竹片内侧，护壁材料采用柔韧度的软硅胶等吸能材料，降低对保留围岩的冲击损伤，通过周边孔提前预裂起爆，阻隔其余炮孔起爆产生的振动波向中夹岩柱传播。Ⅲ区采用水压爆破+光面爆破技术，充分利用炮孔中水介质爆破后产生的“水楔作用”延长对围岩作用时间，最大程度提高炸药利用率，从而降低单孔装填炸药量。光面爆破采用小药量小间距炮孔装药，从而减小超欠挖现象，不但减小了爆破振动并形成光滑完整的隧道成型面。Ⅳ区采用数码雷管与导爆管雷管混合起爆网络，降低单段起爆药量并在周边孔钻凿密集空孔间隔装药，通过数码雷管控制单孔顺序起爆降低对小净距中夹岩体的损伤和振动效应。对于岩石硬度普氏系数f＞6的岩体，将开挖面岩体划分为两平台六部，除上述四个区块外，增加两平台中间部分区块，该区块采用梯度化装药，即随着距中夹岩距离的减小逐步降低单排炮孔装药量，形成药量梯度递减。

(6)对后行洞分区块差异化低振弱损爆破方法实施过程中保护岩柱及围岩的损伤进行了损伤测试，如图21所示，其为中夹岩柱累积损伤分布统计示意图，可见本实施例的爆破方法能够在保证中夹岩柱的安全稳定性下实现爆破，验证了上述方法的可行性及优良的实施效果。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种大跨度小净距隧道分区块差异化精准控制爆破方法，其特征在于，所述爆破方法包括：

判断待爆破大跨度小净距隧道的岩石普氏系数是否小于或等于预设系数；

若是，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第一上平台和第一下平台；将所述第一上平台划分为第一分区和第二分区；所述第一分区为所述第一上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分区为所述第一上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第一下平台划分为第三分区和第四分区；所述第三分区为所述第一下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第四分区为所述第一下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分区、所述第二分区、所述第三分区和所述第四分区进行爆破，具体包括：采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对所述第一分区进行爆破；采用护壁和预裂爆破的方法对所述第二分区进行爆破；采用水压和光面爆破的方法对所述第三分区进行爆破；采用逐孔和空孔爆破的方法对所述第四分区进行爆破；

若否，则将所述待爆破大跨度小净距隧道的后行隧洞从上到下划分为第二上平台和第二下平台；将所述第二上平台划分为第一分域、第二分域和第三分域；所述第一分域为所述第二上平台的远离中夹岩柱的部分；所述第二分域为所述第二上平台的中间部分；所述第三分域为所述第二上平台的靠近所述中夹岩柱的部分；将所述第二下平台划分为第四分域、第五分域和第六分域；所述第四分域为所述第二下平台的远离所述中夹岩柱的部分；所述第五分域为所述第二下平台的中间部分；所述第六分域为所述第二下平台的靠近所述中夹岩柱的部分；依次对所述第一分域、所述第二分域、所述第三分域、所述第四分域、所述第五分域和所述第六分域进行爆破，具体包括：采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对所述第一分域进行爆破；采用多段别梯度爆破的方法对所述第二分域进行爆破；采用护壁和预裂爆破的方法对所述第三分域进行爆破；采用水压和光面爆破的方法对所述第四分域进行爆破；采用多段别梯度爆破的方法对所述第五分域进行爆破；采用逐孔和空孔爆破的方法对所述第六分域进行爆破。

2.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述采用偏心掏槽和切缝爆破的方法对所述第一分区进行爆破具体包括：

在所述第一分区的中下部布设有掏槽孔，所述掏槽孔的分布区域的中心向远离所述中夹岩柱的方向偏离所述第一分区的中心；在所述掏槽孔的分布区域与所述第一分区的外边沿之间布设有辅助孔；在所述第一分区的外边沿上布设有周边孔；

向所述掏槽孔、所述辅助孔和所述周边孔内填充爆破物，以进行爆破。

3.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述采用护壁和预裂爆破的方法对所述第二分区进行爆破具体包括：

在所述第二分区靠近所述中夹岩柱的边沿布设有周边孔；在所述第二分区内布设有辅助孔；

向所述周边孔内填充护壁药包，向所述辅助孔填充爆破物，对所述周边孔进行预裂起爆，按照由下到上的顺序对所述辅助孔进行依次起爆，以进行爆破；所述护壁药包包括炸药和由吸能介质制成的护壁。

4.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述采用水压和光面爆破的方法对所述第三分区进行爆破具体包括：

在所述第三分区内布设有炮孔；在所述第三分区除上边沿之外的外边沿布设有周边孔；

沿所述炮孔的孔口至孔底的方向，依次向所述炮孔内填充堵塞炮泥、间隔水袋、爆破物、间隔水袋、爆破物以及间隔水袋；沿所述周边孔的孔口至孔底的方向，依次向所述周边孔内填充堵塞炮泥、间隔水袋、爆破物以及间隔水袋，以进行爆破。

5.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述采用逐孔和空孔爆破的方法对所述第四分区进行爆破具体包括：

在所述第四分区内布设有辅助孔；在所述第四分区靠近所述中夹岩柱的边沿和所述第四分区的底部布设有周边孔和空孔，且所述周边孔和所述空孔间隔设置；

向所述辅助孔和所述周边孔内填充爆破物，以进行爆破。

6.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述采用多段别梯度爆破的方法对所述第二分域进行爆破具体包括：

在所述第二分域内布设炮孔；

按照距离所述中夹岩柱越近的炮孔内的爆破物的填充量越少的原则，向所述炮孔内填充爆破物，以进行爆破。

7.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，在依次对所述第一分区、所述第二分区、所述第三分区和所述第四分区进行爆破之前，所述爆破方法还包括：沿所述待爆破大跨度小净距隧道布置多个测振单元，利用所述测振单元对爆破过程中产生的振动进行监测；

所述测振单元包括：防护箱、测振仪和测振探头；所述防护箱安装于所述待爆破大跨度小净距隧道的岩壁表面；所述测振仪设置于所述防护箱内；所述测振探头位于所述防护箱外，并固定在所述岩壁表面；所述测振探头和所述测振仪信号连接。

8.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，在依次对所述第一分区、所述第二分区、所述第三分区和所述第四分区进行爆破时，所述爆破方法还包括：利用折射波法对所述中夹岩柱的损伤进行测试。