一种隧洞分块减振控制爆破方法

技术领域

本发明主要应用于引配水工程、水利工程的新建隧洞领域，特别是新建隧洞穿越既有隧洞或隧道时的爆破方法。

背景技术

随着城市经济的不断发展，工程领域的基础建设也在规模化发展，因城市建设用地有限，基建项目的建设方案从地面工程转为地下工程实施的比例日渐增多。新建隧洞实施时，在有限的地下地层中，经常会出现新建隧洞近距离穿越既有隧洞或隧道的工况。目前新建隧洞的施工一般采用钻爆法，隧洞爆破开挖过程产生的爆破振动会对既有隧洞或隧道产生振动影响，爆破振动对既有隧洞或隧道的影响取决于二者之间的距离、爆破最大单响药量及一次爆破的总药量，新建隧洞掌子面到既有隧洞或隧道的距离和交叉情况不同，既有隧洞或隧道的受影响程度和影响范围也不同。对既有隧洞的减振措施常规施工方法主要有两种，第一种是常规爆破方法，即采用减小爆破进尺、控制最大单响药量的方法，该方法未精确考虑新建隧洞与既有隧洞的交叉空间关系和结构特点，仅通过控制爆破药量和减少进尺进行，故隧洞施工进度低下，效率较低，变形控制效果有限；第二种方法是采用水磨钻孔、液压镐头机劈岩的施工方法，该方法虽控制效果好，但水磨钻钻孔周期长，施工效率低，另外隧洞开挖的综合单价高，对工程成本控制不利。

发明内容

本发明的目的是针对新建隧洞近距离穿越既有隧洞存在的爆破振动影响问题，提出一种隧洞分块减振控制爆破方法，确保既有隧洞或隧道的安全稳定，并解决背景技术中存在的施工效率低、工程成本高的技术问题。

一种隧洞分块减振控制爆破方法，其特征在于包括分块设计、隔振孔设置、各分块炮孔设置、装药填塞、爆破与监测；

所述分块设计将掌子面分为3个区块，分别为先导掏槽区、扩挖区，下扩区；根据各区块的作用，分别进行炮孔布置，爆破时按按照先导掏槽区→扩挖区→下扩区的顺序，依次微差毫秒控制爆破，通过对掌子面进行分区块爆破，降低单次爆破的振动速度，达到控制爆破的减振影响；其中，先导掏槽区和扩挖区位于下扩区的上方，扩挖区位于先导掏槽区的两侧。

掌子面最大单响装药量和一次爆破总药量是决定爆破振动速度的主要因素，根据以上技术方案，故对掌子面进行分区块爆破，采用微差控制爆破，降低单次爆破的振动速度，达到控制爆破的减振影响。爆破开挖临空面会影响峰值振动速度的大小，本发明通过在掌子面周边密集布置隔振孔，隔振孔内不装药，形成隔振临空面，降低爆破诱发的峰值振动速度，进而快速衰减爆破振动波。通过设置隔振孔，使爆破振动传播由常规控制爆破在地层中均一介质传播，变为通过临空面大幅度衰减后再由地层小幅度传播。

在采用上述技术方案的技术上，本发明还可采用细进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用。

对于隔振孔设置，在隧洞掌子面周边密集布置2～3排隔振孔，梅花形布孔，孔深按满足2次爆破循环的深度5～7m控制；隔振孔内不需填装炸药，只起隔振作用。隔振孔采用潜孔钻或地质钻造孔，钻孔时在隧洞周边位置钻孔，控制钻孔的数量、位置和深度。

对于各分块炮孔设置，根据不同分块设置不同的炮孔布置参数，先导掏槽区和下扩区起爆，按掏槽孔→辅助孔→周边孔顺序爆破，扩挖区块起爆按辅助孔→周边孔顺序爆破。

对于爆破与监测，爆破前设置好监测设备，对新建隧洞与既有隧洞之间的围岩深层及既有隧洞进行监测。启动爆破后，结合围岩的变化情况和监测结果，可以对后一茬炮的爆破设计参数做出相应调整。

通过在掌子面周边密集布置隔振孔，隔振孔内不装药，形成隔振临空面，降低爆破诱发的峰值振动速度，进而快速衰减爆破振动波。

通过设置隔振孔，使爆破振动传播由常规控制爆破在地层中均一介质传播，变为通过临空面大幅度衰减后再由地层小幅度传播。

对于分区块炮孔布置：

(1)先导掏槽区块炮孔布置

先导掏槽区块需布置掏槽空孔、掏槽孔、辅助孔、周边孔布置；掏槽孔采用直眼桶形掏槽；考虑帮边及底板不作为最终边缘，辅助孔设置分布在分块边缘线以内0.1-0.2m以及区块内部，辅助孔均匀分布，间距0.6m～1.0m；为充分利用隔振孔，周边孔布置在最靠近开挖轮廓线的一排隔振孔中的相邻隔振孔中间，距隧道轮廓线0.1m，炮孔方向以倾斜角度外插(优选5°左右)，使眼底落在设计轮廓线以外0.1m～0.15m，确保掘进工作面不欠挖，基本不超挖；

起爆按掏槽孔→辅助孔→周边孔顺序爆破，掏槽空孔不装药，掏槽孔、辅助孔、周边孔为装药孔；掏槽空孔为掏槽孔形成自由面，操作时，按起爆顺序装药后用导爆管雷管起爆器在隧洞口两侧安全地带或躲在距爆破地点300m以外的避炮硐内(隧洞掘进己超过300m后)激发引爆的非电起爆系统。

(2)扩挖区块炮孔设置

扩挖区块顶板设置辅助孔、周边孔。辅助孔均匀分布，考虑断面大小，间距0.5m～0.7m；为充分利用隔振孔，周边孔布置在最靠近开挖轮廓线的一排隔振孔中的相邻隔振孔中间，距隧道轮廓线0.1m，炮孔方向以倾斜角度外插(优选5°左右)，使眼底落在设计轮廓线以外0.1m～0.15m；起爆按辅助孔→周边孔顺序爆破，辅助孔利用先导掏槽区块形成的自由面。

(3)下扩区块炮孔设置

下扩区块为最下一层开挖块，同时下部设置有2-3排隔振孔；掏槽孔利用上排隔振孔掏槽，设置在断面中心线，垂直于工作面；辅助孔距离掏槽孔0.65-0.75m；辅助孔设置分布在分块边缘线以内0.5-1.2m以及区块内部，辅助孔间距0.75-0.85m；周边孔布置在最靠近开挖轮廓线的一排隔振孔中的相邻隔振孔中间，炮孔方向以倾斜角度下插，使眼底落在设计轮廓线以外0.1m～0.15m；起爆按掏槽孔→辅助孔→周边孔顺序爆破；

4、装药及填塞

计算各种炮孔的每孔装药量，然后取整节数，以整节数计算每孔装药量Q

除了周边孔外，所有炮孔起爆雷管装在孔底倒数第二节炸药卷内，以形成孔底起爆提高爆破效率。

周边孔底装一节炸药，并安装起爆雷管，以后每隔0.3m装1节炸药。全孔铺导爆索和小竹片。导爆索的作用是用1发起爆雷管，使全孔的炸药同时起爆；竹片的作用是保证炸药的间隔距离不变。在孔外加工好后，慢慢放入孔内。加工方法如下：按设计要求每间隔0.3-0.5m放1节炸药在导爆索和小竹片上，起爆雷管安装在孔底第一节炸药内。炸药、导爆索、起爆雷管的脚线(导爆管)均用胶带(胶布)固定在竹片上。

本发明的有益效果是：

(1)本发明针对新建隧洞近距离穿越既有隧洞的工况，创新了分块减振控制爆破技术，通过组合运用分块爆破、设置隔振孔等措施，减少或避免对既有隧洞或隧道的振动影响，实现了有效控制新建隧洞施工对既有隧洞的爆破振动影响的目的。

(2)通过在掌子面周边密集布置隔振孔，形成隔振临空面，降低爆破诱发的峰值振动速度，使爆破振动传播由常规控制爆破在地层中均一介质传播，变为通过临空面大幅度衰减后再由地层小幅度传播，进而快速衰减爆破振动波。

(3)对掌子面进行分区块爆破，使用毫秒微差起爆雷管，通过起爆雷管起爆时间间隔来控制同一时间爆破炸药量，从而起到降低爆破的振动强度，达到控制爆破减振的效果。

(4)相比常规爆破方法及水磨钻钻孔+液压镐头机劈岩法，本发明具有施工进度可控，爆破工效高，综合单价适中，施工成本可以有效控制。

(5)采用本发明的控制爆破方法，有效保障了既有隧洞的安全，可在不中断既有隧洞正常运营的情况下进行施工，具有较好的社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例的掌子面隔振孔及分区块布置示意图。

图2为本发明实施例的先导掏槽区炮孔布置示意图。

图3为本发明实施例的扩挖区炮孔布置示意图。

图4为本发明实施例的下扩区炮孔布置示意图。

图5为本发明实施例的掏槽孔、辅助孔装药示意图。

图6为本发明实施例的周边孔间隔装药示意图。

具体实施方式

下面详述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

对新建隧洞近距离穿越既有隧洞的工况，本发明对于新建隧洞具体施工步骤如下：

(1)根据新建隧洞的洞挖断面形式、既有隧洞距离等因素对洞挖断面(即图1所示的城门形外轮廓线100所包围的断面)进行分块设计，如图1所示将隧道在断面上分为3个区块，分别为先导掏槽区1、扩挖区2和下扩区3。先导掏槽区和扩挖区位于下扩区的上方，扩挖区位于先导掏槽区的两侧。其中，附图标号101为分区块边界线。

(2)如图1所示开挖前在隧洞周边密集布置2-3排隔振孔11，且不装药，只起隔振作用，远离既有隧洞的位置设置2排隔振孔，孔距40cm，近接既有隧洞的位置设置3排隔振孔，孔、排距40cm，梅花型布孔。

(3)如图2所示，在先导掏槽区1布置掏槽空孔12、掏槽孔13、辅助孔14、周边孔15，掏槽孔13采用直眼桶形掏槽，为充分利用隔振孔11，辅助孔14均匀分布，间距0.6m～1.0m，周边孔15布置在距隧道轮廓线0.1m处，间距40cm。

(4)在先导掏槽区1布置完成后，掏槽孔13、辅助孔14如图5所示进行装炸药21及起爆雷管22，所有炮孔起爆雷管装在孔底倒数第二节炸药卷内，以形成孔底起爆提高爆破效率，装药完成后再用炮泥23堵塞，附图标号24为导爆管；周边孔15如图6所示，孔底装一节炸药，并安装起爆雷管，以后每隔0.3m装一节炸药。全孔铺导爆索31和小竹片32。导爆索的31作用是用1发起爆雷管33，使全孔的炸药同时起爆；竹片32的作用是保证炸药的间隔距离不变。在孔外加工好后，慢慢放入孔内，装药完成后再用炮泥37堵塞；掏槽孔13起爆雷管22可用1、3、5、7段毫秒微差雷管，辅助孔14用9、11、13、15段毫秒微差雷管，周边孔15用17段毫秒微差雷管。图6中，附图标号34为胶带，附图标号35为炸药，附图标号36为导爆管。

(5)爆破前设置好监测设备，对新建隧洞与既有隧洞之间的围岩位移、新建隧洞的收敛变形和拱顶沉降进行监测，同时对既有隧洞的收敛变形、拱顶沉降、爆破振速进行监测。启动爆破后，结合围岩的变化情况和监测结果，及时对后一茬炮的爆破设计参数做出相应调整。

(6)扩挖区2如图3所示，布置辅助孔41、周边孔42，辅助孔41如图5所示进行装炸药及起爆雷管，周边孔42如图6所示进行装炸药、起爆雷管及导爆索，辅助孔41采用6、7、8段毫秒微差雷管，周边孔42采用9段毫秒微差雷管，布置完成后按照步骤(4)、(5)进行。

(7)下扩区3如图4所示，布置掏槽孔53、辅助孔51、周边孔52，掏槽孔、辅助孔51如图5所示进行装炸药及起爆雷管，周边孔52如图6所示进行装炸药、起爆雷管及导爆索，掏槽孔采用1、3、5、7段毫秒微差雷管，辅助孔51用9、11、13、15段毫秒微差雷管，周边孔52用17段毫秒微差雷管，布置完成后按照步骤(4)、(5)进行。

所有炮孔的炮泥填塞长度为炮孔长度减去装药长度。堵塞材料采用炮泥堵塞。炮泥一般是用3:7的中粗砂:黄泥，并加一定量的水加工而成，其柔软度比做红砖的泥稍硬一点即可。太硬，难以堵塞密实；太软，堵塞后阻力太小。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。