大断面隧道爆破减孔布设方法技术

本发明专利技术公开了一种大断面隧道爆破减孔布设方法，其特征在于：该方法将楔形掏槽孔开口位置设置在至离隧道设计轮廓线最小距离d1处，此时楔形掏槽孔爆破时不会对设计轮廓线外的保留岩体造成损伤；然后在被预裂缝隔开的掌子面中心围岩进行宽孔距布孔，再采用台阶爆破宽孔距小排距布孔方式进行隧道辅助孔布局，最后采用偏斜角方式进行周边孔布孔，本发明专利技术提出大断面隧道爆破减孔布设方法，确定楔形掏槽孔至隧道设计轮廓线的最小距离d1，掌子面中心围岩和隧道周边孔采用进行宽孔距布置，钻孔数量将大幅减少，提高施工效率，提高了各炮孔的炮孔利用率，大大节省了施工成本。大大节省了施工成本。大大节省了施工成本。

【技术实现步骤摘要】
大断面隧道爆破减孔布设方法


[0001]本专利技术涉及大断面隧道开挖
，具体为一种大断面隧道爆破减孔布设方法。

技术介绍

[0002]随着济经社会的快速发展，传统小断面隧道已无法满足公路运输需求，三车道、四车道等大断面隧道在近年来修建的公路中广泛出现。钻爆法具有高效经济优点，是我国隧道开挖的主要方法，但若按传统方法进行大断面隧道炮孔孔网布设，将会导致钻孔数量增加、钻孔成本提高，影响工程进度。
[0003]炮孔孔网布设一直是隧道爆破的研究热点，大量专家学者对此进行了诸多研究：雷战等研究了炮孔与空孔间距对岩体的爆破作用机理，得到了空孔与炮孔不同间距下双炮空孔间及两侧空孔的断裂导向作用并分析了空孔周围测点的应力变化规律。李洪伟等研究了不同炮孔间距对岩石(角岩)爆炸裂纹扩展的影响规律。满轲等为计算适宜于工程爆破的周边眼间距，从爆破原理、断裂力学及经验方法研究了周边孔间距对光面爆破效果的影响。单仁亮等提出一种准直眼掏槽方式，克服了直眼掏槽和斜眼掏槽的弊端，提高了岩巷掘进速度。余永强等根据爆破理论与经验公式计算，结合试验工作面的具体情况，介绍了硬岩巷道条件下合理掏槽方式、炮孔深度以及掏槽孔布置参数的选取。张理维等分析了爆破过程中岩石产生的损伤，并采用数值模拟方法对爆破方案中的炮孔布置进行了优化，通过损伤因子D对现场爆破爆破效果进行了评价。俞杨明等对周边眼的耦合装药爆破过程进行了数值模拟，得出了较为合理的周边眼的炮孔间距，尽可能减小对围岩的扰动且保证岩石正常崩落。徐帮树等通过开展现场掘进爆破试验和层状岩体破坏机理分析，对隧道开挖的光面爆破参数、掏槽孔布设方案和最大单孔装药量参数进行了优化，并对爆破开挖引起的隧道拱部易离层以致超挖、掌子面底部欠挖的工程问题进行控制。吴兆华等采用理论分析与数值模拟相结合的方法研究了深孔爆破后炮孔周围的裂隙扩展情况和裂隙圈范围。刘赶平等研究了大断面隧道爆破的钻孔机器，结合光面爆破设计原理，提出了适用于采用气腿式凿岩机钻孔的大断面隧道的光面爆破方案。姚洪瑞等提出了短进尺的浅孔弱爆破方案，解决了富水软弱围岩条件下爆破过程中的围岩稳定性问题。费鸿禄等研究得出了符合实际的裂隙区范围计算公式，分析了空气不耦合装药条件下裂隙区范围的计算方法，计算了初始损伤和粉碎区存在的岩石裂隙区半径,并在此基础上运用阿贝尔原理和岩石止裂条件考虑了爆生气体准静态作用下裂隙的二次扩展。
[0004]上述研究解决了隧道爆破作业现场的诸多问题，成果颇丰，但随隧道断面的增大，如何减少炮孔布设是亟待解决的科学难题，减孔布设方面的研究鲜有报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种大断面隧道爆破减孔布设方法，最大限度将楔形掏槽孔位置“向外推”，“解放”隧道中心大部分掌子面，通过开展现场试验研究，验证所提方法的
爆破效果，减少炮孔数量、提高掘进效率、确保工程质量，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种大断面隧道爆破减孔布设方法，该方法将楔形掏槽孔开口位置设置在至离隧道设计轮廓线最小距离d1处，此时楔形掏槽孔爆破时不会对设计轮廓线外的保留岩体造成损伤；然后在被预裂缝隔开的掌子面中心围岩进行宽孔距布孔，再采用台阶爆破宽孔距小排距布孔方式进行隧道辅助孔布局，最后采用偏斜角方式进行周边孔布孔。
[0008]作为本专利技术的进一步方案：所述最小距离d1的取值的确定方法是：依据爆轰波理论，不耦合装药情况下柱状药包爆破时，炮孔岩石壁受到的初始冲击压力为：
[0009][0010]式中：ρ0为密度，g
·
cm
‑3；D1为爆速，m
·
s
‑1；d
c
为装药直径，d
b
为炮孔直径；l
c
为装药长度，l
b
为炮孔长度；爆轰产物撞击药室壁会明显增大压力，n为增大倍数；
[0011]依据应力波衰减规律，在比距离处径向压应力峰值计算公式为：
[0012][0013]式中：d1为计算点至炮孔中心距离，r
b
为炮孔半径；当前隧道段围岩的抗压强度为Rc，当σ
rmax
<Rc时，可认为爆破不会对设计轮廓线外的保留岩体造成损伤，由此可计算得出楔形掏槽孔开口位置至离隧道设计轮廓线的最小距离d1。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出大断面隧道爆破减孔布设方法，确定楔形掏槽孔至隧道设计轮廓线的最小距离d1，掌子面中心围岩和隧道周边孔采用进行宽孔距布置，钻孔数量将大幅减少，提高施工效率，提高了各炮孔的炮孔利用率，大大节省了施工成本。
附图说明
[0015]图1为传统隧道爆破方法孔网布设示意图；
[0016]图2为本专利技术中起爆顺序优化示意图；
[0017]图3为本专利技术中上台阶炮孔布置平面示意图；
[0018]图4为本专利技术中解炮孔、掏槽孔、辅助孔装药结构示意图；
[0019]图5为本专利技术中周边孔装药结构示意图。
[0020]图中：1、传统隧道爆破中的掏槽孔；2、传统隧道爆破中的辅助孔；3、传统隧道爆破中的周边孔；4、掌子面中心宽孔距爆破；5、掏槽孔爆破预制成缝；6、辅助孔爆破破岩；7、周边孔爆破控制轮廓效果；8、填塞物；9、炸药；10、雷管；11、导爆索。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]请参阅图1
‑
4，本专利技术提供一种技术方案：
[0023]一、大断面隧道减孔布设方法
[0024]1、传统布孔方式
[0025]传统隧道爆破方法的起爆顺序为掏槽孔爆破——辅助孔爆破——周边孔爆破，先在掌子面中心进行掏槽孔爆破，将掌子面中心岩体向外挤出，形成槽腔，为辅助孔爆破提供临空面，辅助孔爆破时，爆炸应力波在临空面上反射形成拉伸波，达到破岩效果，最后进行周边孔爆破，控制隧道轮廓。此方法适用于小断面隧道爆破，炮孔数量依据隧道断面面积和岩石坚固性系数估算：
[0026][0027]对于大断面隧道，以Ⅳ级围岩、岩石坚固性系数f＝6、隧道断面面积S＝150m2为例，整个断面需打孔数量将达170余个，钻孔工作量巨大。当前隧道自动钻孔设备并不成熟，主要依靠人工打孔，工人的钻孔效率一般约为3孔/小时(孔深约4.2m)，以一个钻孔班13人计算，每循环约需4.5小时钻孔时间。传统隧道爆破方法孔网布设如图1所示，钻孔数量多、打孔时间长，已无法满足大断面隧道爆破高效经济的需求。
[0028]2.减孔布设方法(见图2)
[0029]掏槽爆破的目的是为辅助孔爆破提供临空面，减小夹制作用，使爆炸应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大断面隧道爆破减孔布设方法，其特征在于：该方法将楔形掏槽孔开口位置设置在至离隧道设计轮廓线最小距离d1处，此时楔形掏槽孔爆破时不会对设计轮廓线外的保留岩体造成损伤；然后在被预裂缝隔开的掌子面中心围岩进行宽孔距布孔，再采用台阶爆破宽孔距小排距布孔方式进行隧道辅助孔布局，最后采用偏斜角方式进行周边孔布孔。2.根据权利要求1所述的一种大断面隧道爆破减孔布设方法，其特征在于所述最小距离d1的取值的确定方法是：依据爆轰波理论，不耦合装药情况下柱状药包爆破时，炮孔岩石壁受到的初始冲击压力为：式中：ρ0为密度，g
·
cm
‑3；D1为爆速，m
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶铁军，田兴朝，何军，娄乾星，贾健，
申请(专利权)人：贵州华昱乾城科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：