CN116026200A - 一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，包括：在盾构机与隧道掌子面之间的狭小作业空间内，基于盾构机自身预留的超前地质钻机，对盾构隧道按照掌子面炮孔布置图进行隧道钻孔，得到水平炮孔；在水平炮孔中填入聚能药包预致裂爆破装置，并用导爆索连接相邻的聚能药包预致裂爆破装置，最后完成堵塞进行起爆。本发明可以充分地实现对掌子面内岩石的爆破预致裂；本发明的聚能药包预致裂爆破装置可以按照施工环境和炮孔尺寸定制，模型简单加工方便，针对盾构机在掘进过程中遇到不同坚硬基岩等类型情况都可适用，不受地面环境影响；本发明所需炮孔数少，减少了施工难度和炸药的使用量，因此每循环进尺所需成本也相应减少，加快了施工进度。

Description

一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法

技术领域

本发明涉及爆破施工领域，特别涉及一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法。

背景技术

随着城市地下铁路隧道的推广，适应城市地下铁路隧道修建的盾构法隧道掘进技术也得到蓬勃发展。盾构法隧道掘进技术由于其机械化、自动化程度高，可以实现少人化施工、成本低、施工速度快、不受外界天气以及地面建筑物环境干扰等优点。与其他类型的施工方法相比，埋深大、隧洞长的地下铁路项目采用盾构法施工更加的经济高效，对周边环境的影响也最低，所以伴随着对盾构机的推广，盾构施工的场所也越来越多。

在使用盾构法对地下隧道进行施工过程中，由于盾构法工作的原理是通过刀盘旋转切削盾构机刀盘前方土体或者松散岩石，然后由出土系统向外运送渣土，最后利用预制管片拼装或注浆工艺构建隧道主体结构。其中盾构机刀盘旋转切削岩土是盾构机能否安全高效顺利通过的关键，随着盾构机在实际工程中的应用，盾构法隧道掘进过程中通常会遇到如孤石，硬岩等坚硬地质条件。当盾构机刀盘在硬岩上作业时，会出现刀盘磨碎严重，掘进速度慢等问题，严重影响了盾构法施工的经济高效。而且盾构机换刀操作复杂，且伴有安全隐患，所以在掘进硬岩是频繁换刀的方法是不可取的。目前，盾构法施工过程中遇到坚硬孤石或者岩层时，最高效的方法是从地面钻垂直孔至盾构机前方，然后使用爆破的方法使盾构机前方岩石破碎，从而使盾构机可以经济高效的通过。但是该方法受到的外部影响因素太多，往往无法实施，部分可以使用地面钻孔爆破的工程环境，由于该方法上面覆盖的埋深较大，为达到盾构机安全通行的要求，爆破产生的振动和围岩损伤都很严重，且岩石破碎不均匀，严重影响了周围环境。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，在盾构隧道中结合盾构机的超前地质钻机在掌子面上进行隧道钻孔，使掌子面上形成分布均匀的预致裂炮孔，在炮孔内装填聚能药包预致裂爆破装置，然后通过工业数码电子雷管进行起爆网络连接，实现从内到外的逐孔起爆，对盾构机前方的坚硬基岩进行均匀可靠的爆破超前预致裂，使盾构机掘进路线上掌子面内岩石的充分地预致裂；聚能药包预致裂爆破装置可以按照施工环境和炮孔尺寸定制，模型简单加工方便，针对于盾构机在掘进过程中遇到不同坚硬基岩等类型情况都可适用，不受地面环境影响；炮孔数少，减少了施工难度和炸药总药量，因此每循环进尺所需的成本也相应减少；掌子面岩石在进行爆破预致裂之后盾构机掘进速度提高，对刀盘的磨损减小，施工效率大大提升。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，包括：

在盾构机与隧道掌子面之间的狭小作业空间内，基于所述盾构机自身预留的超前地质钻机，对盾构隧道按照掌子面炮孔布置图进行隧道钻孔，得到水平炮孔；

在所述水平炮孔中填入聚能药包预致裂爆破装置，并用导爆索连接相邻的所述聚能药包预致裂爆破装置，然后进行起爆网络连接，在最后一个聚能药包预致裂装置延伸的导爆索上连接数码电子雷管，最后进行堵塞，设置所述数码电子雷管的延时，完成掌子面内炮孔从内到外逐孔逐响起爆。

可选地，所述聚能药包预致裂爆破装置包括：管壁上均匀分布有聚能罩的薄壁金属铝管、炸药和导爆索。

可选地，所述分布有聚能罩的薄壁金属铝管是在工厂机械一次冲压加工完成的，所述聚能罩的锥顶角度为30°～70°。

可选地，所述炸药包括但不限于胶状乳化炸药、水胶炸药、浆状炸药和粉状炸药。

可选地，所述聚能药包预致裂爆破装置长度为1米，圆管直径为60毫米。

可选地，在对所述聚能药包预致裂爆破装置装填炸药之前，在管内预埋一根贯穿全长的导爆索，并将所述导爆索的一端延伸出一段，用于连接相邻的所述聚能药包预致裂爆破装置。

可选地，所述掌子面炮孔布置图根据所述聚能药包预致裂爆破装置在单个所述炮孔爆炸后的致裂范围和所述超前地质钻机设计。

本发明具有如下技术效果：

1.预致裂均匀：本发明使用的聚能药包预致裂爆破装置筒壁预设有连续均匀的聚能罩，在爆炸时确保使炮孔周围围岩产生均匀微裂隙，最后在爆轰波和爆生气体共同作用下，使盾构机掘进路线上产生均匀预致裂区域。对盾构隧道掌子面按掌子面炮孔布置图进行隧道钻孔，掌子面炮孔布置图根据聚能药包预致裂爆破装置单孔爆炸后的致裂范围和已有的超前地质钻机设计，使本发明的预致裂爆破方法可以充分地实现对掌子面内岩石的预致裂。

2.适用性广：本发明所涉及的聚能药包预致裂爆破装置是一个长度1米，直径为60毫米的预致裂装置，也可以按照施工环境和炮孔尺寸定制，模型简单加工方便。针对于不同盾构机在掘进过程中遇到坚硬基岩等类型情况都可适用，不受地面环境影响。

3.施工简单：掌子面炮孔布置图中所需的炮孔数少，减少了施工难度。由于盾构机与隧道掌子面之间的作业空间狭小，金属外壳的预致裂爆破装置不仅尺寸小而且便于装填。在施工现场直接用装填好炸药的聚能药包预致裂爆破装置填入炮孔中，并用尾端延伸的导爆索连接好相邻的聚能药包预致裂爆破装置。

4.经济高效：本发明利用聚能药包产生的金属射流先使炮孔周围岩石产生微裂隙，最终使爆破后盾构隧道掌子面破碎效果更均匀。使用聚能药包预致裂爆破装置对盾构隧道进行超前爆破预致裂，减少了盾构机刀盘的磨损，加快了盾构机掘进速度，从而大大的节约了施工成本。

5.加工方便：本发明涉及的聚能药包预致裂爆破装置外壳为金属铝材，由于铝材的可塑性强，在工厂加工只需一次冲压即可在管壁上形成均匀分布的聚能罩。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法炮孔布置示意图；

图2为本发明实施例聚能药包预致裂爆破装置正视图；

图3为本发明实施例聚能药包预致裂爆破装置侧视图；

附图中：

1-聚能药包预致裂爆破装置；2-聚能罩；3-炸药；4-导爆索；5-盾构隧道掌子面；6-装药孔；7-单孔爆破预致裂区域。

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。

如图1所示，本发明公开一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，包括：

在盾构机与隧道掌子面5之间的狭小作业空间内，基于盾构机自身预留的超前地质钻机，对盾构隧道按照掌子面炮孔布置图进行隧道钻孔，得到水平炮孔，炮孔位置布置如图1所示，由盾构机自身预留的水平超前地质钻机进行隧道钻孔形成水平炮孔均匀地分布隧道掌子面5内；

在炮孔中填入聚能药包预致裂爆破装置1，聚能药包预致裂爆破装置1的正视图和侧视图如图2和图3所示。连接相邻的聚能药包预致裂爆破装置1，并将最后一个装置引出的导爆索与工业数码电子雷管进行连接，然后进行堵塞，通过数码电子雷管的延时设置，实现掌子面内炮孔从内到外逐孔逐响起爆。

进一步地，聚能药包预致裂爆破装置1长度为1米，圆管直径为60毫米，包括：管壁上均匀分布有聚能罩的薄壁金属铝管、炸药3和导爆索4。聚能药包预致裂爆破装置1的长度和圆管直径也可根据实际情况定制。薄壁金属铝管是在工厂机械一次冲压加工完成的，聚能罩2的锥顶角度为30°～70°。炸药类型包括胶状乳化炸药、水胶炸药、浆状炸药、粉状炸药等，该聚能药包预致裂爆破装置1也可实现在工厂加工完成特种炸药装药。在对聚能药包预致裂爆破装置1装填炸药3之前，预埋一根贯穿全长的导爆索4，并将导爆索4的一端延伸出一段，用于连接相邻的聚能药包预致裂爆破装置1，使相邻装置内炸药爆轰传递稳定。

装填炸药3的长度根据爆破方案设计的要求，将聚能药包预致裂爆破装置装入炮孔6中。通过预留的导爆索4对相邻的聚能药包预致裂爆破装置1进行连接，在施工现场，将聚能药包预致裂爆破装置1装填入按设计钻好的炮孔中，然后按照爆破方案设计的起爆顺序和起爆间隔完成起爆，炸药3爆炸时均匀分布的聚能罩2产生金属射流可使炮孔周围的岩石产生微小裂隙，对爆轰波和爆生气体起到很好地引导作用，最终可在盾构隧道掘进路线上的形成均匀的单孔爆破预致裂区域7。

进一步地，掌子面炮孔布置图根据聚能药包预致裂爆破装置1在单个炮孔爆炸后的致裂范围和超前地质钻机设计，在盾构隧道中结合盾构隧道超前地质钻机的基础上对掌子面进行隧道钻孔，聚能药包预致裂爆破装置1爆炸后的单孔爆破预致裂区域7可以使盾构机掘进路线上的硬岩充分致裂。

进一步地，在本实施例中，一盾构隧道在施工掘进过程中遇弱风化岩石等坚硬基岩地质条件时，盾构速度缓慢，刀盘磨损严重，为了加快施工进度，且不采用开挖取石、地面钻孔爆破等对地面环境影响大的施工方法，采用本发明所提供的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，结合盾构机预留的水平超前地质钻孔对掌子面进行水平隧道钻孔，然后在炮孔内装入聚能药包预致裂爆破装置1，并将最后一个装置引出的导爆索与工业数码电子雷管连接，然后进行堵塞，通过数码电子雷管的延时设置，实现掌子面内炮孔从内到外逐孔逐响起爆。

进一步地，在本实施例中，一盾构隧道在施工掘进过程中遇坚硬孤石、上软下硬复杂地质条件时，盾构机容易产生偏转和倾斜，严重影响盾构法施工的质量和效率。采用本发明所提供的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法可以快速高效的实现对坚硬孤石和上软下硬地段中需要爆破位置进行爆破预致裂，使盾构机掘进路线内的岩石破碎均匀。加快施工进度，提高施工效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，包括：

在盾构机与隧道掌子面之间的狭小作业空间内，基于所述盾构机自身预留的超前地质钻机，对盾构隧道按照掌子面炮孔布置图进行隧道钻孔，得到水平炮孔；

在所述水平炮孔中填入聚能药包预致裂爆破装置，并用导爆索连接相邻的所述聚能药包预致裂爆破装置，然后进行起爆网络连接，在最后一个聚能药包预致裂装置延伸的导爆索上连接数码电子雷管，最后进行堵塞，设置所述数码电子雷管的延时，完成掌子面内炮孔从内到外逐孔逐响起爆。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，所述聚能药包预致裂爆破装置包括：管壁上均匀分布有聚能罩的薄壁金属铝管、炸药和导爆索。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，

所述分布有聚能罩的薄壁金属铝管是在工厂机械一次冲压加工完成的，所述聚能罩的锥顶角度为30°～70°。

4.根据权利要求2所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，

所述炸药包括但不限于胶状乳化炸药、水胶炸药、浆状炸药和粉状炸药。

5.根据权利要求1所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，

所述聚能药包预致裂爆破装置长度为1米，圆管直径为60毫米。

6.根据权利要求1所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，

在对所述聚能药包预致裂爆破装置装填炸药之前，在管内预埋一根贯穿全长的导爆索，并将所述导爆索的一端延伸出一段，用于连接相邻的所述聚能药包预致裂爆破装置。

7.根据权利要求1所述的盾构隧道聚能药包快速预致裂爆破方法，其特征在于，

所述掌子面炮孔布置图根据所述聚能药包预致裂爆破装置在单个所述炮孔爆炸后的致裂范围和所述超前地质钻机设计。

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