一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法，采用台阶法对深埋洞室进行开挖，开挖后在深埋洞室内形成上台阶和下台阶，包括如下步骤：S1、根据测量放线确定上台阶的掌子面开挖基准线，以及下台阶开挖基准线；S2、对上台阶进行超前支护；S3、对上台阶进行钻孔，装调控护壁和炸药，以及爆破：S4、对上台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；S5、对下台阶进行钻孔，装消能锥和炸药，以及爆破：S6、对下台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；S7、重复步骤S1

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法


[0001]本专利技术涉及一种控制爆破超欠挖的开挖方法，具体涉及一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法，属于岩体爆破工程


技术介绍

[0002]目前，钻爆法是我国深部隧道和大型地下工程施工过程中广泛使用的开挖方法，主要由钻孔、装药、爆破等步骤组成，包括台阶法、全断面法、环行开挖预留核心土法、双侧壁导坑法等开挖方法，具有对地质条件的适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道施工等技术优点。其中，台阶法是隧道、深埋洞室等结构的常用施工方法之一，如：施工时可将整个深埋洞室的断面划分两层，分别命名为上断面和下断面，并由上向下分层进行开挖，由于每层开挖面前后保持一定距离而在坑道内形成两个台阶，按照两个台阶的上下位置分别命名为上台阶和下台阶；掌子面即为开挖深埋洞室不断向前推进的工作面，掌子面的轮廓和深埋洞室的断面基本保持一致。
[0003]在以往的岩体爆破开挖的实际作业过程中，主要依靠技术人员编制的布孔方案及不同类型孔的乳化炸药装填量进行爆破，超欠挖现象一般不可避免，比如在采用台阶法进行深埋洞室施工的过程中，随着上台阶爆破作业的完成，需要对下台阶岩体进行爆破时，如果没有准确地控制炸药的用量，容易导致下台阶底部预留岩体被破坏，还有可能导致岩暴等地质灾害。这种现象的主要原因在于：深埋洞室围岩相较于浅部存在高地应力，在开挖爆破过程中有着更加强烈的卸荷效应，强大的爆炸载荷和地应力瞬态卸荷的耦合应力场使得预留岩体内部形成围岩扰动区。具体来说，在爆破卸荷的过程中，预留岩体通常可以视为弹性体，由于岩体的抗拉强度通常远小于其抗压强度，开挖基准线外的预留岩体受到爆破荷载作用而被压缩后会产生回弹效应，相当于岩体受到拉应力作用，如果爆破荷载强度过高，拉力也会变大，不仅会对预留岩体造成很大的破坏效应，而且会对后期围岩稳定性造成威胁，也会产生较高的支护成本。
[0004]因此，如何合理的控制爆破产生的超欠挖现象，已经成为了当前深部岩体地下工程施工中必须面对的问题，尤其是采用台阶法开挖深埋洞室的过程中，如何在确保爆炸半径和效果满足工程需求的同时，又能控制住爆炸的威力来保护预留岩体，是当前深埋洞室施工亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]针对上述台阶法开挖深埋洞室时存在的不足之处，本专利技术提供一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法，基于岩体特性及结构面空间分布，通过在炮孔中增加调控护壁和消能锥，以达到控制围岩扰动区的大小，保证预留岩体的完整性，减少超挖的产生，顺利实现深埋洞室开挖过程的技术目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法，采用台阶法对深埋洞室进行开挖，开挖后在深埋洞室内形成上台阶和下台阶，包括
如下步骤：
[0007]S1、根据测量放线确定上台阶的掌子面开挖基准线，以及下台阶开挖基准线；
[0008]S2、对上台阶进行超前支护；
[0009]S3、对上台阶进行钻孔，装调控护壁和炸药，以及爆破：
[0010]S3
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1、沿开挖方向，在上台阶的掌子面开挖基准线内的岩体上钻设若干个周边炮孔、掏槽炮孔和辅助炮孔，且周边炮孔均匀布置在掌子面开挖基准线的内侧，并垂直于上台阶的掌子面；
[0011]S3
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2、先沿周边炮孔方向在周边炮孔内放入圆弧型的调控护壁，所述的调控护壁包括内圆弧面和外圆弧面，且内圆弧面和外圆弧面垂直于上台阶的掌子面，外圆弧面和掌子面开挖基准线的平行线相切于外圆弧面的中心线上；然后沿周边炮孔方向在调控护壁的弧心处填装炸药，并在掏槽炮孔和辅助炮孔内填装炸药；
[0012]S3
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3、对上台阶进行爆破作业，利用调控护壁吸收掌子面开挖基准线周边的爆炸荷载；
[0013]S4、对上台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；
[0014]S5、对下台阶进行钻孔，装消能锥和炸药，以及爆破：
[0015]S5
‑
1、沿与开挖方向垂直的方向，在下台阶开挖基准线上方的岩体上钻设若干炮孔，且炮孔的底面向下延伸至下台阶开挖基准线所在的水平面上；
[0016]S5
‑
2、先沿炮孔方向在炮孔内放入陀螺型的消能锥，所述的消能锥包括平面端和尖端，且平面端向下、尖端向上；然后沿炮孔方向在炮孔内填装炸药，且炸药的底部充分接触消能锥的尖端；
[0017]S5
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3、对下台阶进行爆破作业，利用消能锥吸收下台阶开挖基准线上方的爆炸荷载；
[0018]S6、对下台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；
[0019]S7、重复步骤S1
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S6，进行下一次循环作业，直至完成深埋洞室的开挖。
[0020]上述技术方案的原理在于：在爆破卸荷的过程中，岩体通常可以视为弹性体，而岩体的抗拉强度通常远小于其抗压强度，当开挖基准线附件的预留岩体受到爆破荷载的作用而被压缩后会产生回弹，相当于岩体受到了拉应力的作用，如果爆破荷载的强度过高，岩体受到的拉力也会变大，这样一来就容易导致预留岩体被破坏，尤其对深部岩体的爆破开挖还容易导致岩暴等地质灾害。因此，如果能在爆破方向减小爆炸荷载的大小，进而减小卸荷效应，使得预留岩体的变形得到控制，那么就可以在保证爆破效果的同时，避免预留岩体被破坏，从而在一定程度上实现超欠挖的控制效果，减少岩暴等地质灾害的产生。
[0021]上述技术方案的有益效果在于：首先，在上台阶进行爆破作业时，本专利技术方法在上台阶的掌子面开挖基准线内侧的周边炮孔中放入了圆弧型调控护壁，该调控护壁的形状和放置方式能够对上台阶预留岩体方向的爆炸荷载冲击充分发挥减震作用，达到了保护预保留岩体的作用，从而将爆炸范围控制在合理的区间内。其次，在上台阶爆破作业完成后，需要对下台阶进行爆破作业时，本专利技术方法在下台阶开挖基准线上方的炮孔中放入了陀螺型消能锥，该消能锥的形状和放置方式能够充分吸收炸药对于下台阶开挖基准线下方预留岩体的爆炸荷载冲击，减小了卸荷效应，减少了预留岩体的损伤，保证了下台阶下部预留岩体的完整性。
[0022]本专利技术方法进一步的，所述步骤S3
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2中的调控护壁主要由内层、中间层和外层组成；所述的内层、中间层和外层为同心圆弧型，且内层和外层采用耐冲击材料，中间层采用吸能材料。
[0023]由上述技术方案可知，本专利技术方法通过在周边炮孔内放入调控护壁，通过内层和外层的耐冲击材料对调控护壁进行保护，并通过中间层的吸收材料对爆破荷载进行充分的吸收，从而能在爆破方向减小爆炸荷载的大小，进而减小卸荷效应，使得掌子面开挖基准线外侧的预留岩体的变形得到控制。
[0024]本专利技术方法更进一步的，所述的调控护壁的长度等于周边炮孔的深度，便于对掌子面开挖基准线外侧的预留岩体进行充分的保护，并对掌子面开挖基准线外侧的岩体进行爆破。
[0025]本专利技术方法进一步的，所述步骤S5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多层级能量调控的深部岩体爆破损伤控制方法，其特征在于，采用台阶法对深埋洞室进行开挖，开挖后在深埋洞室内形成上台阶和下台阶，包括如下步骤：S1、根据测量放线确定上台阶的掌子面开挖基准线，以及下台阶开挖基准线；S2、对上台阶进行超前支护；S3、对上台阶进行钻孔，装调控护壁和炸药，以及爆破：S3
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1、沿开挖方向，在上台阶的掌子面开挖基准线内的岩体上钻设若干个周边炮孔、掏槽炮孔和辅助炮孔，且周边炮孔均匀布置在掌子面开挖基准线的内侧，并垂直于上台阶的掌子面；S3
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2、先沿周边炮孔方向在周边炮孔内放入圆弧型的调控护壁，所述的调控护壁包括内圆弧面和外圆弧面，且内圆弧面和外圆弧面垂直于上台阶的掌子面，外圆弧面和掌子面开挖基准线的平行线相切于外圆弧面的中心线上；然后沿周边炮孔方向在调控护壁的弧心处填装炸药，并在掏槽炮孔和辅助炮孔内填装炸药；S3
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3、对上台阶进行爆破作业，利用调控护壁吸收掌子面开挖基准线周边的爆炸荷载；S4、对上台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；S5、对下台阶进行钻孔，装消能锥和炸药，以及爆破：S5
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1、沿与开挖方向垂直的方向，在下台阶开挖基准线上方的岩体上钻设若干炮孔，且炮孔的底面向下延伸至下台阶开挖基准线所在的水平面上；S5
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2、先沿炮孔方向在炮孔内放入陀螺型的消能锥，所述的消能锥包括平面端和尖端，且平面端向下、尖端向上；然后沿炮孔方向在炮孔内填装炸药，且炸药的底部充分接触消能锥的尖端；S5
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3、对下台阶进行爆破作业，利用消能锥吸收下台阶开挖基准线上方的爆炸荷载；S6、对下台阶进行初喷混凝土，出渣和初期支护；S7、重复步骤S1
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S6，进行下一次...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢理想，金家万，陈超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：