软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置的制作方法

本实用新型涉及一种爆破装置，具体涉及软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置。

背景技术：

目前我国钻爆法施工的隧道常规轮廓控制爆破施工中存在主要不足：

(1)普遍周边孔外插角偏大，周边孔装药结构炸药能量分配不够合理，不够细化，爆破次生危害如爆生裂纹扩展范围大、爆破扰动大，造成爆破粉碎圈和破裂圈过大，周边孔现场装药管理不到位，随意性太大，未专门加工周边孔药包，超挖、掉块、岩爆甚至塌方事故时有发生，排险、补炮、初支、二衬工作量大，严重影响施工质量、安全、进度、成本控制。

(2)炸药能量在沿着炮孔轴向分配粗犷，不够均匀合理。整个炮孔轴向能量分布要么局部药量太大，如孔底药量偏大，造成粉碎性破坏；要么局部严重不足，孔口药量不足造成挂孔；围岩凹凸感和犬牙状况较突出；使得轮廓控制爆破质量受到极大影响；

(3)炸药能量利用率低，周边孔轮廓控制效果属于无差别爆破，无论对轮廓内侧岩体还是对轮廓外侧需要爆除的围岩作用力都一样，在能量均匀分散作用的条件下，轮廓线方向上的能量利用率比较低，对围岩的造成的扰动也比较大，无法形成围岩内部拱桥效应，安全风险高；

(4)隧道超欠挖的控制质量将直接影响施工循环进度，欠挖和挂孔造成补炮；超挖带来的隐性损失大，带来钻爆挖运工程量增大，初支二衬砼回填量急剧增加，导致施工成本的急剧增加；成为制约企业经营成本风险“卡脖子”突出问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对以上不足，提供一种有效缩短周边孔装药时间，施工工期较短、炸药使用量较低、炸药能量利用率高、轮廓控制效果好，有效控制超挖，安全质量有保证、工效高、节能环保的软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置。

本实用新型的技术方案如下：

软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置，其特征在于，包括：

切缝管(1)，切缝管(1)优选用2mm厚度的管。切缝管(1)径向对称间隔切缝设计，切缝(1-1)宽2-3mm，长度1.0-1.2m，切缝管(1)两头均留至少10cm不切缝，前后切缝(1-1)之间间隔8-12cm；切缝管内间隔设有药卷；

切缝管(1)内沿轴向设导爆索(2)；

以及包括一半圆管片(9)，所述的半圆管片(9)固定于切缝管(1)的侧面，半管管片(9)和切缝管(1)之间形成空气垫层(10)；

其中，切缝管(1)的切缝与隧道轮廓线方向平行，每个周边孔(6)内导爆索(2)露出的部分，确保长度20cm与连接导爆索(7)正向扭麻花连接并采用胶布(4)缠绕，起爆雷管(5)与导爆索(7)正向连接。导爆索传爆方向在120°-180°。

在一较佳实施例中，前后切缝间隔及切缝与管端部之间的距离均为10cm。

在一较佳实施例中，切半圆管片选用2mm厚度的管沿着中轴线对半切成半圆管片。

在一较佳实施例中，100g药卷(3-1)和50g药卷(3-2)分别为的乳化炸药切成4节或2节的节段。

在一较佳实施例中，装药堵塞采用专用炮泥机加工成筒条形状的炮泥，炮泥含水量控

制在20％左右。

在一较佳实施例中，预裂爆破网路，周边孔早于缓冲孔起爆的预裂爆破网路。

本实用新型装置主要爆破机理与作用

本实用新型爆破装置采用“切缝管+半圆管片+空气垫层+细分药包+导爆索+电工胶固定+预裂爆破网路”形成整体式快速装药的预裂爆破装置，能快速提高工作面的周边孔的装药工效，比常规光爆工效提高5％-10％，切缝管确保爆破装置整体性，方便运输，能快速装药，细分药包确保装药精度和爆破能量合理均匀分布，电工胶固定能确保细分药包精确固定在指定位置，确保爆破能量空间分布，保证光爆效果。

本实用新型装置引入切缝PVC作为约束条件、传能介质，利用“细分药包密集点状分 布法”装药结构合理分布能量，通过切缝改变管本身对称结构和改变轴向爆破能量分布状况，让切缝与隧道轮廓线方向平行，改变径向爆破能量分布状况。切缝对爆破能量聚能导向作用的特性，有效运用聚能爆破原理，当炸药爆炸时，有一定强度和柔性和光滑的PVC管使得爆破能量首先向两节炸药间低压区汇集并迅速升压，切缝对爆破能量进行定向引导聚能，使爆破能量在切缝处优先释放，产生高速高压“气楔”，“气楔”对岩体进行切割形成尖端破碎区的破坏，产生引导裂纹，“气楔”侵入引导裂纹，保持足够能量来维持裂纹定向扩展；对两炮孔间的围岩进行爆破切割，提高爆破有益能；而光滑的PVC切缝管紧贴围岩的厚度2mm的半圆管片和切缝管和与之共同构成半月形的空气缓冲垫层可以视为缓冲护垫，因空腔延长了爆破作用时间，降低了爆破冲击波峰值对保护围岩粉碎性破坏，高强度的爆破动压应力拱桥，使得被保护的围岩内部的裂纹扩展得到相对抑制，提高围岩的完整性，也提高了保护围岩的承载能力，减弱爆破冲击波对轮廓面围岩的爆破扰动损伤，减轻了爆破后冲效应。从而提高隧道的安全，降低隧道岩爆和坍塌事故发生。采用预裂爆破技术更有利于减少主爆区爆破次生灾害。

缓冲孔(二圈眼)先于周边孔起爆，周边孔爆破后，形成一条沿着轮廓面的预裂缝，能有效阻隔主爆区传递的爆生裂纹进一步向轮廓面扩展，阻隔爆破扰动，同时未爆的二圈眼部分岩体的内部应力重分布的轴向压应力拱桥效应，促进被保护轮廓面围岩内应力重分布时的自稳功能，提高了轮廓面围岩的稳定性，从而增加了后排钻孔爆破施工的安全性。

由上述描述可知，本实用新型提供了一种新的装置，其包括一整体式切缝管，该切缝管径向间隔对称切缝；切缝管确保爆破装置整体性，方便运输，能快速装药；一半圆管片，该管片与切缝管外壁共同构成半月形空气垫层，用于缓冲爆破冲击波对保护围岩的损害，降低爆破扰动；一“细分药包密集点状分布法”的装药结构，切缝管内轴向间隔填充细分炸药，细分药包确保装药精度和爆破能量合理均匀分布，一导爆索，所述高爆速导爆索设于切缝管的中心位置；一电工胶固定，切缝管、导爆索和细分炸药用胶带固定，能确保细分药包精确固定在指定位置，确保爆破能量空间分布，保证预裂爆破效果；一预裂爆破网路，周边孔早于缓冲孔起爆的预裂爆破网路，更有利于减少爆破对保护围岩的扰动，减少超挖。本实用新型装置能运用于各种口径的预裂(光面)爆破的炮孔,适用于松石、坚石、 次坚石等各种复杂山体公路隧道或铁路、水电及地下空间工程各种隧洞、洞库爆破施工。特别适用于节理裂隙比较发育、围岩强度较低的轮廓控制预裂爆破施工。本实用新型软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置，具有现场周边孔装药快速，定位精确，施工简便、炸药能量利用率高、综合成本费用低、安全和质量有保证、工效高、施工投入经济合理等优点：

(1)适用范围广，可以在各种地质条件隧道预裂爆破施工使用，也能运用于使用各种预裂爆破的炮孔，特别适用隧道爆破工程施工；

(2)简单易操作，采用普通的PVC管作为原材料作为装置，材料易购，便于安装；

(3)装置为整体式工厂化精细化流水加工，避免预裂孔装药随意性，将施工工序提炼前置，减除工作面加工预裂孔药包工序，与常规的隧道爆破相比工效可提高5％以上，大大提高工作面效率；

(4)采用2mm厚切缝管和半圆管片及与之共同构成的半月形空气垫层，形成护垫爆破，减弱爆破冲击波对轮廓面围岩的爆破损伤，同时利用岩石动载抗压强度高、抗拉强度低的特点，可以更有效控制隧道轮廓面爆破超挖，隧道轮廓面更为平整；

(5)新型软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置利用切缝聚能的特性，对切缝方向的围岩进行爆破切割，提高爆破有益能，减轻了爆破后冲效应，爆破动压应力拱桥提高了围岩的稳定性，从而增加了后排钻孔爆破施工的安全性；

(6)由于改变装药结构、增加切缝爆破能量导向作用，发挥轴向不耦合切缝聚能预裂爆破装置的“聚能”作用和爆破动压“应力拱桥效应”，促进炸药能量合理利用，周边孔距达80cm依然轮廓控制效果很好，从而可以减少钻孔量，能降低单循环进尺周边孔数，减少雷管、炸药使用量；

(7)采用预裂爆破技术更有利于减少主爆区爆破次生灾害。缓冲孔(二圈眼)先于周边孔起爆，周边孔爆破后，形成一条沿着轮廓面的预裂缝，能有效阻隔主爆区传递的爆生裂纹进一步向轮廓面扩展，阻隔爆破扰动，同时未爆的二圈眼部分岩体的内部应力重分布的轴向压应力拱桥效应，促进被保护轮廓面围岩内应力重分布时的自稳功能，提高了轮廓面围岩的稳定性。

(8)与常规爆破达到同样进尺，基岩面平整，半孔明显，超挖现象大幅度降低；因而大大降低了超挖，从而减少初支二衬砼回填量，降低整个社会能耗，减少水泥生产企业对环境的污染，减轻了碳排放对地球温室效应的负担,大大提高社会效益。

附图说明

图1为本实用新型装置切缝管结构示意图；

图2为本实用新型装置横剖面示意图；

图3为本实用新型装置装药结构示意图；

图4为本实用新型装置在炮孔中装配示意图；

图5为本实用新型预裂孔平面布置示意图。

具体实施方式

参见图1至图5.

软岩整体式偏心双缓冲垫层切缝聚能预裂爆破装置，其包括：切缝管1以及包覆在切缝管1外的半圆管片9。

切缝管1选用2mm厚度的管。切缝管1径向对称间隔切缝设计，切缝1-1宽2-3mm，长度1.0-1.2m，切缝管1两头均留至少10cm不切缝，前后切缝1-1之间间隔8-12cm；切缝管1内沿轴向设导爆索2。

切缝管1底部的位置安装100g药卷3-1，用胶布固定，第二段装50g药卷3-2，与底部装药间隔为10-30cm，从第三节开始均为每间隔20cm装50g药卷3-2，直到孔口部位，利用切缝形成两管片将乳化炸药与导爆索2压实，并用电工胶固定切缝管，在孔口位置堵塞20-30cm长度的炮泥8；

其中，切缝管1的切缝与隧道轮廓线方向平行，每个周边孔6内导爆索2露出的部分，确保长度20cm与连接导爆索7正向扭麻花连接并采用胶布4缠绕，起爆雷管5与导爆索7正向连接。导爆索传爆方向在120°-180°。

在一较佳实施例中，前后切缝间隔及切缝与管端部之间的距离均为10cm。

在一较佳实施例中，切半圆管片选用2mm厚度的管沿着中轴线对半切成半圆管片。

在一较佳实施例中，100g药卷3-1和50g药卷3-2分别为的乳化炸药切成4节或2节的节段。

在一较佳实施例中，装药堵塞采用专用炮泥机加工成筒条形状的炮泥，炮泥含水量控

制在20％左右。

在一较佳实施例中，预裂爆破网路，周边孔早于缓冲孔起爆的预裂爆破网路。

本实用新型装置中，切缝管1为主要部件。选用有一定柔性、阻燃性、抗静电、约束强度适中、合理性价比、经济的PVC管，根据岩石普氏系数与节理裂隙程度、设计所需线装药密度。切缝管保持其结构及硬度本身对爆破能量的约束聚能能力与切缝形式的合理设计至关重要。根据工程实践，选用厚度2mm的管，其整体结构比较均匀，对爆破能量约束定向引导作用较好，切缝又能达到双向聚能切割作用。

切缝管1为保证刚度和整体性，双向对称间隔切缝设计，采用切割机改装切割加工，切缝宽度2-3mm，切缝长度为1.0-1.2m，两头和中部均间隔10cm，方便装置制作与定位。

半圆管片9选用厚度2mm的管，根据相关研究，其整体结构比较均匀，其与切缝管和与之构成的半月形空气垫层10对爆破冲击波有很好的缓冲作用。半圆管片9和切缝管1等长，平行贴于切缝管1的侧面，且切缝管1的两侧切缝1-1都未被半圆管片9覆盖，两侧切缝1-1位于半圆管片9的两侧边一距离处。半圆管片9和切缝管1之间采用胶布固定。

装置加工要点

(1)采用管双向对称间隔切开；

(2)在一切缝管装入事先切割好合适长度的导爆索(比炮孔深度长0.5m-1.0m)；

(3)根据围岩等级和强度，确定周边孔单孔装药量(爆破参数应根据试炮调整)，将 乳化炸药沿着轴向切割成4段，孔底部的位置安装100g药卷，用胶布固定，第二段药卷装50g与底部装药间隔10-30cm,,从第三节开始均为间隔20cm，再装50g炸药，直到孔口部位，利用切缝形成两管片将乳化炸药与导爆索压实，并用电工胶固定切缝管1和半圆管片9。

爆破装置爆破施工流程

(1)钻孔。

(2)爆破装置运到爆破施工现场后，轻拿轻放，以防破损。

(3)根据爆破施工设计方案，装药时注意让装置切缝对准炮孔连线方向，必要时可适当纠正切缝方向，保证半圆管片在被保护轮廓面一侧，然后平缓推入让装置到达孔底位置；

(4)在孔口位置堵塞20-30cm长度的炮泥并捣实；

(5)起爆网路连接、检查，最后起爆。(采用周边孔早于缓冲孔起爆的预裂爆破网路。)

上述仅为本实用新型的一个具体实施例，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。