盾构限界内基岩突起爆破预处理系统的制作方法

本实用新型涉及盾构限界内基岩突起爆破预处理系统。

背景技术：

随着我国城市建设的高速发展，城市内部交通阻塞现象愈加严重，城市轨道交通的建设也愈加广泛。且随着盾构法施工技术相继成熟，由于其具有占地面积小，环境污染少，对地面交通影响小等优点，如今盾构法施工已经成为城市轨道交通隧道施工的最主流方法。

在盾构法隧道施工过程中，经常会遇到复杂地层，其中一类被称为上软下硬地层，该地层隧道限界内随机分布着大量的基岩突起，在这样的地层中掘进时，盾构刀具无法有效破除该高强度岩体，刀具磨损严重，同时岩体上部为软弱土层，极易发生沉降变形。掘进效率极低，盾构姿态很难保持，处理起来速度比较慢，严重影响施工进度。怎样处理好在上软下硬地层中的盾构施工，是当前盾构法施工中急需克服的技术难题。

诸多学者也对盾构法施工处理孤石及基岩突起方面进行了研究，古力提出了盾构机可以及不可以直接破碎孤石的条件。李熙福结合广珠城际轨道交通工程遇孤石施工，对冲击钻机钻孔处理孤石的方法进行总结分析；刘培洪以东莞市轨道交通Ｒ2线盾构区间为工程依托，分析了盾构在孤石及上软下硬地层中掘进的施工风险;竺维彬介绍了采用地面引孔下药施爆的控制钻爆法，处理深埋地层中的孤石。

针对盾构穿越上软下硬复合地层的施工技术进行研究，设置试验段进行地面钻孔预裂爆破处理孤石试验，找到合理、科学的爆破参数及掘进参数，结合路面注浆封孔技术及变形精细化控制技术，最终使得盾构机快速、安全高质量地通过该区域成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述内容，本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便的盾构限界内基岩突起爆破预处理系统；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种盾构限界内基岩突起爆破预处理系统，包括通过地质钻机竖直施工形成的且穿越土层与隧道中基岩突起的炮孔以及用于布置炮孔位置的全站仪；炮孔内侧壁上附着有泥浆层，在炮孔内设置有用于对基岩突起进行碎石处理的爆破装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

爆破装置包括设置在炮孔内的PVC护套，PVC护套的外径小于泥浆层的内径。

在炮孔周围设置有直径大于炮孔直径的辅助孔、在炮孔周围设置有用于加固土层的加固锚杆支护和/或在炮孔的上端口设置有防止杂物进入孔内的遮挡盖。

炮孔的底面水平高度低于隧道底面的水平高度。

在泥浆层与PVC护套之间设置有护套层、在炮孔四周设置有防止人进入的围栏 和/或在围栏上设置有用于安全提示的声光报警装置；在炮孔四周的建筑物上直接钻孔或焊接有沉降测点；沉降测点为L型钢筋结构，沉降测点的埋入端用锚固剂与建筑物浇筑连接， 沉降测点的另一端为半圆形；还包括用于监测沉降测点的铟钢尺。

在遮挡盖上方设置有基层沙袋，在基层沙袋上方设置有木枋，在木枋上方设置有木板，在木板上方堆放有上层沙袋。

爆破装置还包括设置在PVC护套内的至少一个炸药包、设置在PVC护套内且位于炸药包上端的堵塞层、至少两个设置在炸药包内的引爆雷管以及密封设置在PVC护套下端口的防水底盖；最上方的炸药包的上端面位于基岩突起内，最下方的炸药包的下端面低于隧道底面的水平高度。

爆破装置还包括用于支撑炸药包且与PVC护套内壁适配的外护架、设置在外护架下端的导向配重、设置在外护架上端的支撑架以及一端与支撑架连接的牵引线，在PVC护套上端一侧设置有用于穿过牵引线的侧壁通孔，在侧壁通孔内塞装有用于塞紧牵引线的定位塞。

防水底盖为锥形结构。

在爆破装置上方设置有木质榔头，木质榔头下端与支撑架上表面对应，在地面上设置有移动架，在移动架上设置有导向轮，在导向轮上设置有用于牵引木质榔头的牵引绳；还包括起爆器以及两个分别与起爆器连接的引线雷管，所述两个引线雷管分别与每个炸药包的相应一个引爆雷管连接并分别形成两个并联的第一爆破网路与第二爆破网路。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型设计合理，通过地质钻机竖直施工形成的且穿越土层与隧道中基岩突起的炮孔施工方便，操作简单，定位精度高，PVC护套起到导向防水防护以及支护作用，辅助孔可以控制爆破的时间差，遮挡盖防止杂物进入孔内。炮孔的底面水平高度低于隧道底面的水平高度，从而实现更好更彻底的爆破，便于后续盾构加工，以及底面沉降监测，护套层起到支护作用，围栏和/或声光报警装置起到安全警示作用；沉降测点为L型钢筋结构，设计合理，操作方便，沉降测点的埋入端用锚固剂与建筑物浇筑连接， 结实牢固，沉降测点的另一端为半圆形；还包括用于监测沉降测点的铟钢尺与水平仪，操作方便，监测科学。

沙袋，木枋，木板，防止爆破飞溅与粉尘产生，保护环境，减少噪音。炸药包位置设计科学，爆破更彻底，爆炸利用率高。

外护架防止药包倾斜，避免填装下降时候受力，提高安全性，降低故障率，导向配重防止药包倾斜，牵引线吊装，便于控制药包位置,定位塞连接紧固。锥形结构导向性好。木质榔头减少冲击力对药包的损坏，牵引绳操作方便，通过其自重锤击，方便简易；并联的第一爆破网路与第二爆破网路，提高爆破率。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的爆破网路结构示意图。

图3是本实用新型的爆破装置结构示意图。

图4是本实用新型的使用效果对比示意图。

其中：1、土层；2、隧道底面；3、基岩突起；4、泥浆层；5、护套层；6、辅助孔；7、爆破装置；8、遮挡盖；9、基层沙袋；10、木枋；11、木板；12、上层沙袋；13、围栏；14、声光报警装置；15、沉降测点；16、全站仪；17、起爆器；18、引线雷管；19、炮孔；20、第一爆破网路；21、第二爆破网路；22、PVC护套；23、防水底盖；24、炸药包；25、堵塞层；26、引爆雷管；27、外护架；28、导向配重；29、支撑架；30、牵引线；31、定位塞；32、木质榔头；33、移动架；34、导向轮；35、牵引绳;36、加固锚杆支护。

具体实施方式

如图1-4所示，本实施例的盾构限界内基岩突起爆破预处理系统，包括通过地质钻机竖直施工形成的且穿越土层1与隧道中基岩突起3的炮孔19以及用于布置炮孔19位置的全站仪16；炮孔19内侧壁上附着有泥浆层4，在炮孔19内设置有用于对基岩突起3进行碎石处理的爆破装置7。

爆破装置7包括设置在炮孔19内的PVC护套22，PVC护套22的外径小于泥浆层4的内径。

在炮孔19周围设置有直径大于炮孔19直径的辅助孔6、在炮孔19周围设置有用于加固土层1的加固锚杆支护36和/或在炮孔19的上端口设置有防止杂物进入孔内的遮挡盖8。

炮孔19的底面水平高度低于隧道底面2的水平高度。

在泥浆层4与PVC护套22之间设置有护套层5、在炮孔19四周设置有防止人进入的围栏13 和/或在围栏13上设置有用于安全提示的声光报警装置14；在炮孔19四周的建筑物上直接钻孔或焊接有沉降测点15；沉降测点15为L型钢筋结构，沉降测点15的埋入端用锚固剂与建筑物浇筑连接， 沉降测点15的另一端为半圆形；还包括用于监测沉降测点15的铟钢尺。

在遮挡盖8上方设置有基层沙袋9，在基层沙袋9上方设置有木枋10，在木枋10上方设置有木板11，在木板11上方堆放有上层沙袋12。

爆破装置7还包括设置在PVC护套22内的至少一个炸药包24、设置在PVC护套22内且位于炸药包24上端的堵塞层25、至少两个设置在炸药包24内的引爆雷管26以及密封设置在PVC护套22下端口的防水底盖23；最上方的炸药包24的上端面位于基岩突起3内，最下方的炸药包24的下端面低于隧道底面2的水平高度。

爆破装置7还包括用于支撑炸药包24且与PVC护套22内壁适配的外护架27、设置在外护架27下端的导向配重28、设置在外护架27上端的支撑架29以及一端与支撑架29连接的牵引线30，在PVC护套22上端一侧设置有用于穿过牵引线30的侧壁通孔，在侧壁通孔内塞装有用于塞紧牵引线30的定位塞31。

防水底盖23为锥形结构。

在爆破装置7上方设置有木质榔头32，木质榔头32下端与支撑架29上表面对应，在地面上设置有移动架33，在移动架33上设置有导向轮34，在导向轮34上设置有用于牵引木质榔头32的牵引绳35；还包括起爆器17以及两个分别与起爆器17连接的引线雷管18，两个引线雷管18分别与每个炸药包24的相应一个引爆雷管26连接并分别形成两个并联的第一爆破网路20与第二爆破网路21。

通过地质钻机竖直施工形成的且穿越土层1与隧道中基岩突起3的炮孔19施工方便，操作简单，定位精度高，PVC护套22起到导向防水防护以及支护作用，辅助孔6可以控制爆破的时间差，遮挡盖8防止杂物进入孔内。炮孔19的底面水平高度低于隧道底面2的水平高度，从而实现更好更彻底的爆破，便于后续盾构加工，以及底面沉降监测，护套层5起到支护作用，围栏13和/或声光报警装置14起到安全警示作用；沉降测点15为L型钢筋结构，设计合理，操作方便，沉降测点15的埋入端用锚固剂与建筑物浇筑连接， 结实牢固，沉降测点15的另一端为半圆形；还包括用于监测沉降测点15的铟钢尺与水平仪，操作方便，监测科学。

沙袋9，木枋10，木板11，防止爆破飞溅与粉尘产生，保护环境，减少噪音。炸药包24位置设计科学，爆破更彻底，爆炸利用率高。

外护架27防止药包倾斜，避免填装下降时候受力，提高安全性，降低故障率，导向配重28防止药包倾斜，牵引线30吊装，便于控制药包位置,定位塞31连接紧固。锥形结构导向性好。木质榔头32减少冲击力对药包的损坏，牵引绳35操作方便，通过其自重锤击，方便简易；并联的第一爆破网路20与第二爆破网路21，提高爆破率。

从图4中可以明显看出，我们通过采取20环进行对比，发现对隧道限界内的基岩进行深孔爆破处理以后，推进速度最大可提高7倍以上，大大降低了施工成本，节省了工期，具有较好的经济效益。

本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。

下面具体说明：橫琴隧道1号井～湾仔北区间位于珠海市市区南湾大道，线路左侧临海，周边分布多种建筑物，其结构和建筑年限均不相同，环境复杂。施工区间位于主干道上，来往车辆繁多，施工不便。珠海属亚热带海洋性气候，雨量充沛，年降雨量为1770~2300 mm。盾构隧道全长1.237 km，双洞单线，且处于曲线段，纵断面为下坡，最大坡度为15.7 ‰，隧道顶覆土厚度6.1～16.5 m。其中左、右线均存在较长距离的上软下硬不良地质段，该地段隧道限界内基岩多为花岗岩（γ₅^2~3），且岩性较为复杂，差异性风化十分明显。

对已探明岩石不良地质，采用地面钻孔，装炸药爆破隧洞范围内岩石，爆破完成后岩体破碎为单边长度小于30 cm的碎块，可顺利通过刀盘开口进入土仓，并能通过螺旋机，进而提高施工效率，缩短施工工期。部分深孔爆破区段地质断面情况。

在地面布置地质钻机进行钻孔施工，钻孔孔径为90 mm，然后在所钻孔内放入PVC套管用于布置炸药，直径小于钻孔直径15 mm。考虑到场地特殊性，施工中增加130 mm的辅助孔。

为了便于施工和准确控制钻孔方向，采用垂直钻孔形式。钻孔过程中用泥浆护孔，必要时下钢套筒。成孔后下75 mm的PVC套管护孔，套管底需安有堵头，爆破前孔口需遮盖，防止异物掉入堵塞炮孔。

炸药统一采用乳化炸药，且防水性较好，雷管的选择是有区别的，孔内采用的是毫秒式导爆管，起爆雷管采用的是普通的导爆管。

由于施工隧道埋深为20 m左右，埋深较深，所以起爆的炸药通过细软钢丝悬挂从而布置在需处理的基岩突起位置，上端要固定在管口位置。炸药布置在PVC管内基岩位置，且偏差在5 cm以内。由于PVC套管内有水压，因此要对起爆体实施抗浮措施。

爆破过程中采用激发针起爆的方式爆破，并且每个炮孔内安装两个雷管，这两个击发雷管又分别属于不同的爆破网络，然后将这两个爆破网络并联然后引爆，由于该施工隧道埋深较深，为地下20m以下，对基岩突起的爆破难度很大，为此要进行间隔爆破，首先对较薄的岩层前排孔位先进行爆破，使得爆破区域因爆破气压出现空隙，然后进行后排孔起爆，这样前排孔的爆破会为后排孔的爆破提供充分的自由面，使得爆破效果最佳。炮孔间距及每排孔之间的距离均为70cm，钻孔超深控制在1.0~2.0 m之间，装药深度比基岩厚度深约1.0 m。由于爆破试验区位于主干道，如进行全封闭施工，势必会影响到正常车辆的通行，因此正式施工时采取分区分段施工。将施工区域沿隧道中线分为东西两个区域。单区主要分为4块，爆破方式为少量多爆，即各个区域分别完成4～5孔后进行一次集中爆破。爆破顺序为首先进行1、3、5、7爆破，首批爆破完成后2、4、6、8区域进行钻孔爆破。

炮孔布置完以后进行验收，验收合格且爆破之前也设置警戒区，进行药包加工。用切割机准备好1/4的75mm的PVC套管，用于固定炸药，长度根据药包的长度及配重的长度之和来确定，每个孔位根据验孔情况计算药包长度，然后下放到指定的位置。钻孔完毕以后孔内会留有泥浆，为了使炸药顺利下放，要对炸药进行适当的配重。 药包布置好以后，使用粒径10mm的碎石对炮孔进行堵塞，开始进行堵塞，以防止泥浆冒出及套管的隆起，为了增加爆破施工的安全性，陆地同时设置防护覆盖装置，每次爆破之后要对已爆破孔进行封堵，防止泥浆及飞石喷出。

爆破施工完毕后，施工场地会留有残孔，为保持盾构机通过爆破处理孤石区域时土压的稳定，需要对余孔进行密封堵塞，以避免盾构通过爆破区域时发生冒浆等事故，采用袖阀管桩及双液注浆进行施工，具体封孔措施为：

①使用钻孔用地质钻机对已爆孔进行清扫，保证孔内无PVC残留；

②将堵塞用石子和水泥在地面进行干拌均匀；

③人工将拌好的水泥石子装填入清扫好的孔内，并保证填塞长度不小于孔深的2/3；

④因孔内有水，装入的水泥石子会遇水膨胀固结，从而达到密封孔的效果。

对隧道岩石进行爆破试验的目的主要检验采用预爆破方法能否有效地减少盾构单环掘进时间，增加施工效率，最终满足施工计划工期。

当已爆区域达到一定范围，应在此范围内再次钻孔取芯，以检验爆破效果。根据经验，地下岩体爆破影响范围为2～3 m，因此选取每6～9 m²爆破区域布置一组取芯孔来检验效果，然后根据取芯情况科学地调整爆破参数及取芯参数。试验段爆破施工后，爆破效果。

对隧道限界内的基岩进行深孔爆破处理以后，岩石破碎成3很下的碎块，由于爆破效果很好，导致根本就无法钻芯取样；经过深孔爆破预处理后，盾构机推进过程中的刀盘转速显著降低，且推进速度最大可提高了7倍以上，之前没有经过爆破处理区段每天推进1环左右，经过深孔爆破处理基岩突起后，平均每天推进6环左右。

建筑物沉降测点埋设主要分为两种情况，一是混凝土或者砖混结构的建筑物，直接在建筑物上直接钻孔埋入“L”形钢筋，埋入端用高强锚固剂与建筑物浇筑连成一个整体，另一端打磨成半圆形，监测时放置铟钢尺保证测量的准确性。二是钢结构形式的建筑物，无法在上面钻孔埋设，采用焊接的形式，使得测点和结构连成整体。仪器采用电子水准仪，配套铟钢尺等。以基准点（高程已知）为起点，采用相应技术要求的水准路线测得监测点的高程值，即为本次监测数据。通过将各个测点的本次监测数据与上次监测数据（或与初始值）相减，即为相应测点的本次沉降量（或累计沉降量）。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。