减少管棚支护损伤的爆破方法及装药装置和炸药药包结构

技术领域

本发明涉及隧道爆破施工技术领域，具体涉及减少管棚支护损伤的爆破方法及装药装置和炸药药包结构。

背景技术

公路、铁路工程建设的重心逐渐转向西部山区，在建设过程中遇到不少软岩，软岩是隧道施工中最为常见的不良地质，也是影响隧道围岩稳定性的重要因素，通常情况下软岩处于稳定状态，当受到爆破、开挖等外力影响时，软岩的稳定性将会发生破坏，出现塌方、冒顶等工程事故软岩，因此软岩给隧道施工带来极大困难。

在隧道的众多施工方法(盾构、TBM、明挖、半明挖等)中，钻爆法由于较低的成本和较高的掘进效率在隧道建设过程中占据最重要的地位。

然而面对软岩，隧道开挖前需要施作超前支护因此在钻爆过程中要控制爆破振动，降低对超前支护的损伤。

现有利用钻爆法对软岩隧道进行施工，存在对支护的振动影响大，易造成支护的损伤。

发明内容

一方面，为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种减少隧道管棚支护爆破损伤的方法，包括：

步骤1，预裂区爆破：

在掌子面上设置靠近管棚下方的预裂区，在所述预裂区上设置若干炮眼，在所述炮眼内填装炸药后引爆炸药；

步骤2，弧形导坑爆破：

在所述掌子面上设置若干靠近所述预裂区下方的炮眼，在所述炮眼内填装炸药后引爆炸药；其中，所述炮眼整体呈弧形状；

步骤3，预留核心土爆破：

所述掌子面中部和所述预裂区下方之间的爆破面上设置若干炮眼，在所述炮眼内填装炸药后引爆炸药；

步骤4，下台阶爆破：

在所述掌子面中部下方设置若干靠近掌子面底部的炮眼，在所述炮眼内填装炸药后引爆炸药。

进一步地，所述预裂区的炮眼两侧设置有导向缝，所述导向缝按照隧道轮廓线两侧设置。

更进一步地，所述步骤2中的所述炮眼包括：掏槽眼、底板眼、辅助眼和周边眼；

所述掏槽眼对称分布在所述掌子面的中心线上；

所述底板眼围绕所述弧形导坑的底部边缘设置；

所述周边眼设置在所述弧形导坑的两侧边缘处；

所述辅助眼分布在所述弧形导坑的底部上方，且位于所述掏槽眼的周边。

更进一步地，所述炸药为乳化炸药，通过数码电子雷与外联控制器连接实现爆破。

另一方面，本方案提供了一种装药装置，包括：固定杆、固定环和塞堵隔板；

所述固定杆设置有两个，所述固定杆之间隔设置有多个炸药药包；

所述药包的两端均设置有所述固定环；

所述固定环的两侧与同侧的所述固定杆连接；

所述塞堵隔板位于所述炸药药包上方，且所述塞堵隔板的两侧与同侧的所述固定杆连接。

再一方面，本方案提供了一种炸药药包结构，所述药包包括：左切缝管、右切缝管和聚能罩；

所述左切缝管和所述右切缝管组合形成一个管道结构；

所述聚能罩设置有两个，所述聚能罩分别与所述左切缝管和所述右切缝管的内壁连接；

其中，所述管道内填装有位于所述聚能罩之间的乳化炸药；

所述左切缝管和所述右切缝管形成的管道两端均连接有所述固定环。

进一步地，所述左切缝管和所述右切缝管上竖向设置有若干贯穿的切缝孔，所述切缝孔呈一字型分布。

更进一步地，所述聚能罩呈V型状，且在聚能罩的两侧边缘处设有翻边；对应的，所述左切缝管和所述右切缝管的内壁上均设置有与所述所述翻边适应的限位槽；

所述聚能罩与所述左切缝管和所述右切缝管通过卡接的方式连接。

更进一步地，所述左切缝管上设置有第一凹槽和第一凸起；

所述第一凹槽和所述第一凸起分别于位于所述左切缝管和所述右切缝管接触处；

相应的，所述右切缝管上设置有与所述第一凹槽适应的第二凸起，与所述第一凸起适应的第二凹槽；

所述左切缝管和所述右切缝管通过卡接的方式连接。

本发明的有益效果：

通过设置的装药装置和药包结构配合预裂孔的导向缝，可以实现定向爆破，同时限制爆破对其余方向的破坏；空气介质间隔装药改变了药柱与孔壁的接触关系，利用材料作为间隔介质，将炸药与孔壁隔开，降低了爆炸波作用于孔壁的初始压力，延长爆炸荷载的有效作用时间，使炮孔周围不产生压碎区或使压碎区明显减小，从而提升炸药能量的有效利用率，达到提高爆破破碎效果的目的。同时空气介质还具有一定的贮能作用，将炸药爆炸的一部分能量以内能动能的形式贮存在间隙空气中，与爆轰产物一起在岩石的破碎过程中以静压的形式释放出来，进一步地，加强静压对岩石的破坏作用，形成更均匀的块体。

另外，本方案通过采用预裂加光面爆破的方案，可以在掏槽爆破前在管棚下方进行预裂爆破，形成预裂缝，降低掏槽爆破振动的传播，从而降低对管棚的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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是本发明提供的装药装置结构示意图；

图2是本发明提供的塞堵隔板结构示意图；

图3是本发明提供的药包结构示意图；

图4是本发明提供的固定环结构示意图；

图5是本发明提供的聚能罩结构示意图；

图6是本发明提供的限位槽结构示意图；

图7是本发明提供的固定环俯视结构示意图；

图8是本发明提供的爆破流程示意图；

图9是本发明提供的预裂孔示意图；

图10是本发明提供的炮眼分布示意图。

附图标记：1为药包，2为固定杆，3为固定环，4为塞堵隔板，5为左切缝管，6为右切缝管，7为聚能罩，8为切缝孔，9为限位槽，10为第一凹槽，11为第一凸起，12为第二凸起，13为第二凹槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例为大凉山1号隧道位于四川省雷波县大谷堆乡。设计为双向分离式越岭隧道。左洞进口桩号ZK73+594，分界里程桩号ZK80+500，全长6906m。右洞进口桩号YK73+648，分界里程桩号YK80+500，全长6852m。本标段隧道长度大，不良地质主要为软弱围岩，施工难度大。

实施例一

参见图1至图7，本方案提供了一种装药装置，包括：固定杆2、固定环3和塞堵隔板4；

所述固定杆2设置有两个，所述固定杆2之间隔固定设置有多个炸药药包1；

所述炸药药包的两端均设置有所述固定环；

所述固定杆的表面设置有螺纹，所述固定环3的两侧对称设置有贯穿的安装孔，所述固定杆2分别穿过所述固定环2两侧安装孔，通过在所述固定杆上旋接螺母实现固定杆与固定环的连接；

所述塞堵隔板4位于所述炸药药包1上方，且所述塞堵隔板4的两侧与同侧的所述固定杆2固定连接。其中，炸药药包外面使用炮泥堵塞，塞堵隔板用于隔绝炸药药包和炮泥。

所述塞堵隔板4包括：线管和挡板；

所述线管插接在所述挡板端面上；用于将数码电子雷管的脚线引出；所述挡板位于的两侧处设置有通孔，其中，所述固定杆2分别穿过所述挡板两侧通孔，通过在所述固定杆上旋接螺母，实现挡板与固定杆的连接。

实施例二

参见图3至图7，本方案提供了一种炸药药包结构，所述药包1包括：左切缝管5、右切缝管6和聚能罩7；

所述左切缝管5和所述右切缝管6整体组合形成一个管道结构；所述管道内填装有乳化炸药；

所述聚能罩7设置有两个，所述聚能罩7分别与所述左切缝管5和所述右切缝管6的内壁卡接；其中，所述乳化炸药位于所述聚能罩之间；

所述左切缝管5和所述右切缝管6形成的管道两端均固定连接有所述固定环3。

其中，靠近所述左切缝管和所述右切缝管的两端均设置有外螺纹，对应的，所述固定环的内圈面上设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹；所述左切缝管和所述右切缝管与所述固定环通过旋接的方式实现二者的连接。

在一些实施中，所述聚能罩7呈V型状，且在聚能罩7的两侧边缘处设有翻边；对应的，所述左切缝管5和所述右切缝管6的内壁上均设置有与所述所述翻边适应的限位槽9。

其中，所述聚能罩与所述左切缝管和所述右切缝管通过卡接的方式连接。

聚能罩设置的作用是爆轰波到达金属罩顶部时，产生的高温高压将金属罩以很大的速度向轴向挤压且融化，此时金属罩在极大的压力作用下形成朝着聚能方向运动的具有高速、高密度的高能金属射流。

在一些实施中，所述左切缝管5和所述右切缝管6上竖向设置有若干贯穿的切缝孔8，所述切缝孔8呈一字型分布。

其中，切缝孔置的作用是当形成的金属射流从预制开口冲出，形成导向作用。爆轰产物冲击空气介质形成冲击波，切缝处炮孔壁持续受到高速、高压的金属射流作用产生破裂，形成初始裂缝。爆轰气体冲击到切缝管未开口处反射向切缝方向集中，加强对切缝方向的破坏作用，使裂纹进一步扩展。

在一些实施中，所述左切缝管5上设置有第一凹槽10和第一凸起11；

所述第一凹槽10和所述第一凸起11分别于位于所述左切缝管5和所述右切缝管6接触处；

相应的，所述右切缝管6上设置有与所述第一凹槽10适应的第二凸起12，与所述第一凸起11适应的第二凹槽13；

所述左切缝管5和所述右切缝6管通过卡接的方式连接。

在使用装药装置时，先将聚能罩分别与左右切缝管连接，再将炸药填入组合后的左右切缝管，最后用固定环将左右切缝管固定；

再按预裂孔设计的炸药间隔，用固定螺丝将药包结构固定在固定杆上，最后将堵塞隔板穿入固定杆，在将数码雷管脚线从堵塞隔板中建空管穿出后，用固定螺母固定隔板，进行堵塞作业。

实施例三

参见图8至图10，一种减少隧道管棚支护爆破损伤的方法，包括：根据隧道情况进行爆破方案的设计，然后在掌子面上设置预裂区区域(第一阶段)、弧形导坑区域(第二阶段)、预留核心土区域(第三阶段)和下台阶区域(第四阶段)；

然后，依次在预裂区、弧形导坑、预留核心土和下台阶上测量放样进布置炮眼位置；

接着，对炮眼位置进行钻孔施工，炮眼施工完成后进行炮眼的检查、修补和清洗，确认达到所需要求后在炮眼内填装炸药，然后将炮眼塞堵；

接着利用电子数码雷管与起爆器连接，然后连接起爆网络后引爆炸药；

接着，检查爆破后的效果，效果不理想，根据爆破效果对爆破参数进行调整，效果理想进行下一次循环过程。

其中，根据爆破参数对各个区域逐个爆破：

具体是：

步骤1，预裂区爆破：

在掌子面上设置靠近管棚下方的预裂区，在所述预裂区上设置若干炮眼，炮眼打设完成后，对各个孔的深度和孔壁进行检查，然后，将乳化炸药安装在装药装置上，并将整体放在所述炮眼内，采用电子雷管编码器检查网络连接，连接正常后逐孔设置延时时间；

然后，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；

其中，所述预裂区整体形状为弧形，且预裂区的两端与掌子面的中部留有间距。

所述预裂区的炮眼(预裂孔)两侧均对称设置有导向缝，在开钻炮眼时，炮眼尺寸为：炮眼深度1.0m，炮眼直径42mm；每个炮眼内的填装药量0.16kg。

在预裂区的炮眼内填装炸药时，使用本申请设计的装药装置对炮眼进行装药。

步骤2，弧形导坑爆破：

在所述掌子面上设置若干靠近所述预裂区下方的炮眼，炮眼打设完成后，对各个孔的深度和孔壁进行检查，然后在所述炮眼内填装电子数码雷管，采用电子雷管编码器检查网络连接，连接正常后逐孔设置延时时间；

然后，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；

其中，所述炮眼整体呈弧形状，所述炮眼包括：分别设置有若干的掏槽眼、底板眼、辅助眼和周边眼；

所述掏槽眼对称分布在所述掌子面的中心线上；所述掏槽眼采用斜眼掏槽的形式完成；

所述掏槽眼设置有三层，最外层的所述掏槽眼的顶部和底部分别与所述预裂区底部和所述预留核心土的顶部之间留有间距；

第一层所述掏槽眼位于中心线上；

第二层所述掏槽眼分布于第一层所述掏槽眼周边，且第二层所述掏槽眼对称分布在中心线两侧，整体呈正方形；

第三层所述掏槽眼分布于第二层所述掏槽眼周边，且第二层所述掏槽眼对称分布在中心线两侧，整体呈长方形；

所述底板眼围绕所述弧形导坑的底部边缘设置；

所述周边眼设置在所述弧形导坑的两侧边缘处；

所述辅助眼分布在所述弧形导坑的底部上方，且位于所述掏槽眼的周边。

另外，所述周边眼和所述辅助眼采用常规不耦合装药方式，所述掏槽眼采用连续装药方式。

在开钻炮眼时，相关尺寸为：所述掏槽眼孔深1.2m，炮眼直径为42mm，单孔药量0.3kg；所述底板眼、辅助眼和周边眼孔深均为1m，炮眼直径均为42mm，单孔药量分别为0.3kg、0.225kg和0.16kg。

步骤3，预留核心土爆破：

所述掌子面中部和所述预裂区下方之间的爆破面上设置若干所述炮眼，炮眼打设完成后，对各个孔的深度和孔壁进行检查，然后在所述炮眼内填装软化炸药，所述乳化炸药通过电子数码雷管引爆；

具体是，采用电子雷管编码器检查网络连接，连接正常后逐孔设置延时时间；

然后，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；

其中，所述预留核心土爆破整体呈等腰梯形状，其上设置的炮眼为掘进眼。

所述炮眼为掘进眼，在开钻炮眼时，所述掘进眼的孔深均为1m，单孔药量为0.19kg。

步骤4，下台阶爆破：

在所述掌子面中部下方设置若干靠近掌子面底部的所述炮眼，炮眼打设完成后，对各个孔的深度和孔壁进行检查，然后在所述炮眼内填装软化炸药，所述乳化炸药通过电子数码雷管引爆；

具体是，采用电子雷管编码器检查网络连接，连接正常后逐孔设置延时时间；

然后，对起爆器充电，按下起爆按钮，充电完成后起爆；

其中，所述炮眼为掘进眼，在开钻炮眼时，所述掘进眼的孔深均为1m，单孔药量为0.19kg。为了优化爆破参数，在掌子面爆破时，对应的正上方地表设置三相速度传感器，收集爆破后震动速度，如果震动速度快，则优化爆破设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。