一种用于暗挖隧道减振爆破的孔外微差联网施工方法与流程

本发明涉及矿山法暗挖隧道爆破施工领域，具体而言，涉及一种用于暗挖隧道减振爆破的孔外微差联网施工方法。

背景技术：

现阶段以城市地铁暗挖隧道为典型，暗挖爆破工程周边环境日益复杂，爆破振动等爆破安全风险越来越被重视，减振爆破也是制约施工进度及施工安全根本性因素，因此在复杂的暗挖爆破环境中，研究减振爆破施工是十分必要的。

现有技术中，传统矿山法隧道光面爆破法开挖一般采用孔内微差法，采用光面爆破法自内向外依次顺序起爆，可减少对周边围岩的扰动，有效控制隧道超欠挖。

例如中国专利公开号为cn201611211317.5的发明专利公开了一种降低震动和噪音的隧道空孔泥浆减振控制爆破方法，按钻爆布置图对钻孔进行定位。装药前用高压风扫孔干净，分别选用岩石乳化炸药和非电秒延期雷管，按减振爆破参数设计表对装药孔进行装药，周边孔间隔装药，其余炮孔连续装药，装药应到底，并用炮泥进行封堵到位，空孔采用塑料袋装泥浆填充。将雷管按要求连接到位，设备、人员均撤到安全距离以外，确认安全后进行起爆。本发明不仅能增强孔底爆力，提高爆破进尺，尤其加强了对爆破冲击波反射、折射和吸收，加快冲击波→衰减→应力波→衰减→地震波，大大减少爆破振动和噪音，经检测爆破振速在5cm/s以下，大大减少了扰民，取得了良好的技术经济效果。

现有技术中至少存在以下问题：

在应对减振爆破时，常规非电毫秒雷管段数有限的劣势较为凸显，为控制振速，相应的需减少单段起爆药量，而单段起爆药量的减少会导致单段爆破效果差，一次起爆往往难以满足施工要求，需分多次爆破的方式解决，若采用孔内微差联网施工方法，在先爆破产生的碎屑会影响在后爆破的线路，爆破稳定性差，而采用孔内外同时微差联网施工方法，施工工艺极其复杂，而且爆破稳定性差的问题依然存在，这对安全、工期和效益等因素均产生了不利的影响。

针对现有技术中孔内微差联网施工方法和孔内外同时微差联网施工方法爆破不稳定的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于暗挖隧道减振爆破的孔外微差联网施工方法。

所述方法包括：

步骤1：获取炮孔参数，炮孔参数包括炮孔类型、炮孔位置、炮孔数量、炮孔深度和单孔装药量；

步骤1.1，根据岩性确定开挖断面的介质系数k和衰减系数α，介质系数k1-k3的取值范围为50～150、150～250、250～350、衰减系数α1-α3的取值范围为1.3～1.5、1.5～1.8、1.8～2.0；

步骤1.2，根据保护对象确定装药中心到被保护的建筑物的距离r和质点振动速度v，装药中心到被保护的建筑物的距离r的取值范围不低于25m，质点振动速度v的取值范围为0.1～30cm/s；

步骤1.3，根据以下萨氏公式(1)，计算单段最大起爆药量qmax：

v＝k(q^1/3/r)^α……(1)，

由以上公式(1)得到以下计算单段最大起爆药量：

qmax＝r³(v/k)^3/α……(2)，

其中：r为保护的建筑物的距离，k、α分别为开挖断面的介质系数和衰减系数；

步骤1.4，根据开挖现场的围岩等级，确定循环开挖爆破进尺h，其中围岩等级分为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ级，循环开挖爆破进尺h1-h4按照围岩等级ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ的取值依次为0.75m、1.50m、2.25m、3.0m；

步骤1.5，根据开挖现场的围岩等级，确定炮孔利用率m，炮孔利用率m1-m4的取值依次为ⅰ～ⅱ为85％，ⅱ～ⅲ为90％，ⅲ～ⅳ为95％，其中，ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ代表围岩等级；

步骤1.6，根据炮孔利用率m、循环开挖爆破进尺h,按照如下公式(3)计算炮孔深度h：

h＝m/h……(3)，

步骤1.7，根据开挖现场的围岩等级，确定装药系数x，装药系数x1-x4的取值依次为0.4、0.45、0.50、0.60；

步骤1.8，根据装药系数x、炮孔深度h，按照如下公式(4)计算单孔装药量q：

q＝χ*h；……(4)，

步骤1.9，获取炮孔数量n、炮孔位置和炮孔类型；

步骤1.91，根据单位炸药消耗量d、开挖断面面积s、装药系数x、每米药卷的炸药质量y,按照如下公式(5)计算炮孔数量n：

n＝(ds)/(xy)……(5)，

其中，根据药卷直径不同，每米药卷的炸药质量y的取值范围为0.78～1.90kg/m，根据岩性的不同，单位炸药消耗量d的取值范围为1.2～2.4kg/m³；

步骤1.92，炮孔位置为：掏槽孔设置在开挖断面中下部，周边孔沿隧道轮廓布设在开挖断面上，辅助孔设置在周边孔与掏槽孔之间的开挖断面上，底板孔设置在开挖断面底部；

步骤1.93，炮孔类型为：掏槽孔、辅助孔、周边孔和底板孔；

步骤2：根据炮孔参数中的炮孔类型、炮孔位置、炮孔数量、炮孔深度在开挖断面上开设炮孔；

步骤3：根据炮孔参数中的最大起爆药量qmax、单孔装药量q和炮孔数量n计算联网参数，联网参数包括分段数量和单段最大炮孔孔数；

步骤3.1，根据最大起爆药量qmax、单孔装药量q，按照如下公式(6)计算单段最大炮孔孔数n：

n＝qmax/q……(6)，

步骤3.2，根据炮孔数量n和单段最大炮孔孔数n，按照如下公式(7)计算分段数量w：

w＝n/n……(7)；

步骤4：根据联网参数布设引爆雷管，引爆雷管包括孔内引爆雷管和孔外引爆雷管，多个分段中任意相邻的两个分段通过一个孔外引爆雷管串联，每个分段包括多个炮孔和多个孔内引爆雷管，多个炮孔中的每个炮孔均与多个孔内引爆雷管中的一个孔内引爆雷管的第一端连接，每个分段包括的多个孔内引爆雷管中的每个孔内引爆雷管的第二端通过一个孔外引爆雷管并联；

步骤5：爆破施工，引爆布设的引爆雷管；

步骤6：清理爆破现场；

步骤7：重复步骤1至6，直到隧道开挖完成。

进一步的，孔内引爆雷管的段别大于孔外引爆雷管的段别。

进一步的，开挖断面上开设有防护孔，防护孔设置在每个分段包括的多个孔内引爆雷管中的每个孔内引爆雷管的第二端通过一个孔外引爆雷管并联的连接节点对应的开挖断面上，连接节点设于防护孔内。

进一步的，炮孔内设有多节乳化炸药，孔内引爆雷管的第一端反向插入多节乳化炸药中靠近炮孔底部的一节乳化炸药中，且装设多节乳化炸药的方式包括连续不耦合或间断不耦合。

进一步的，炮孔的前端设有炮泥。

进一步的，防护孔的前端设有炮泥。

进一步的，炮孔采用楔形掏槽的方式设置。

相对于现有技术，本发明所述的方法具有以下显著的优越效果：

1，通过孔外引爆雷管串联联网、孔内引爆雷管与孔外引爆雷管并联的方式，使孔外引爆雷管依次爆破，使爆破时间产生微差，进而使与孔外引爆雷管并联的不同分段中的孔内引爆雷管依次爆破，实现了微差爆破，施工简单，爆破稳定。

2，采用3段和20段组合的微差联网方式，爆破间隔时间长优势明显，分段数量最大，提高了一次爆破的断面面积，降低了单循环分次爆破频次，适用于大部分暗挖隧道施工。

3，通过设置防护孔，提高了爆破的稳定性。

4，通过在炮孔和防护孔的端口处设置炮泥，增加了炮孔内乳化炸药爆炸时炮口端口的抵抗力,防止炮孔内乳化炸药爆炸时形成的高压气体从炮孔端口喷泄出来,从而达到理想的爆破效果和实现安全爆破。

附图说明

图1为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的上台阶孔外微差联网平面图；

图2为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的下台阶孔外微差联网平面图；

图3为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的上台阶掏槽孔单侧分别爆破的孔外微差联网平面图；

图4为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的下台阶孔外微差联网防护孔平面图；

图5为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的上台阶孔外微差联网防护孔平面图；

图6为本发明的用于暗挖隧道减振爆破的孔外微差联网的炮孔剖面图；

图7为本发明的用于暗挖隧道控制爆破的孔外微差联网施工方法的防护孔剖面图。

附图标记说明：

1-掏槽孔、11-一级掏槽孔、12-二级掏槽孔,3-辅助孔,4-周边孔,5-底板孔,6-孔内引爆雷管,7-孔外引爆雷管,8-连接节点,9-防护孔,10-炮孔,13-乳化炸药,14-炮泥。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

如图1至图7所示，所述方法包括：

步骤1，获取炮孔参数，炮孔参数包括炮孔类型、炮孔位置、炮孔数量、炮孔深度和单孔装药量；

步骤1.1，根据岩性确定开挖断面的介质系数k和衰减系数α，此处，k取值200，α取值1.65；

步骤1.2，根据保护对象确定装药中心到被保护的建筑物的距离r和质点振动速度v，此处，r取值50m，v取值5cm/s；

步骤1.3，根据以下萨氏公式(1)，计算单段最大起爆药量qmax：

v＝k(q^1/3/r)^α……(1)，

由以上公式(1)得到以下计算单段最大起爆药量：

qmax＝r³(v/k)^3/α＝1.5kg……(2)，

步骤1.4，根据开挖现场的围岩等级，确定循环开挖爆破进尺h，此处，h取值为1.5m；

步骤1.5，不同的围岩等级对应的炮孔利用率m分别为ⅰ～ⅱ85％，ⅱ～ⅲ90％，ⅲ～ⅳ95％，其中，ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ代表围岩等级，此处，炮孔利用率m取值为90％；

步骤1.6，根据炮孔利用率m、循环开挖爆破进尺h,按照如下公式(3)计算炮孔深度h：

h＝m/h＝0.6m……(3)，

步骤1.7，获取装药系数χ，此处，χ取值为0.45；

步骤1.8，根据装药系数x、炮孔深度h，按照如下公式(4)计算单孔装药量q：

q＝χ*h＝0.27kg……(4)，

步骤1.9，获取炮孔数量n、炮孔位置和炮孔类型；

步骤1.91，根据单位炸药消耗量d、开挖断面面积s、装药系数x、每米药卷的炸药质量y,按照如下公式(5)计算炮孔数量n，此处，d取值为1.2kg/m³，s取值为100㎡，x取值为0.45，y取值为1.1kg/m；

n＝(ds)/(xy)≈242……(5)，

步骤1.92，炮孔位置为：掏槽孔1设置在开挖断面中下部，周边孔4沿隧道轮廓布设在开挖断面上，辅助孔3设置在周边孔4与掏槽孔1之间的开挖断面上，底板孔5设置在开挖断面底部；

步骤1.93，炮孔类型为：掏槽孔1、辅助孔3、周边孔4和底板孔5；

步骤2,根据炮孔参数在开挖断面上开设掏槽孔1、辅助孔3、周边孔4和底板孔5；

步骤3，根据炮孔参数获取联网参数，联网参数包括分段数量和单段最大炮孔孔数：

步骤3.1，根据最大起爆药量qmax、单孔装药量q，按照如下公式(6)计算单段最大炮孔孔数n：

n＝qmax/q≈6……(6)，

步骤3.2，根据炮孔数量n和单段最大炮孔孔数n，按照如下公式(7)计算分段数量w：

w＝n/n≈40……(7)；

步骤4,爆破联网施工；

步骤4.1,设计起爆顺序：依次为掏槽孔1、辅助孔3、周边孔4、底板孔5；

步骤4.2,基于起爆顺序、联网参数和单孔装药量布设引爆雷管和乳化炸药13：在各炮孔10外统一采用5段以下的孔外引爆雷管7，在各炮孔10内统一采用15段以上的孔内引爆雷管6，孔外引爆雷管7依次将各分段串联成网，多个分段中任意相邻的两个分段通过一个孔外引爆雷管7串联，每个分段包括多个炮孔10和多个孔内引爆雷管6，多个炮孔10中的每个炮孔10均与多个孔内引爆雷管6中的一个孔内引爆雷管6的第一端连接，每个分段包括的多个孔内引爆雷管6中的每个孔内引爆雷管6的第二端通过一个孔外引爆雷管7并联，孔外引爆雷管7一端与多个孔内引爆雷管6连接，孔外引爆雷管7另一端与下一个孔外引爆雷管7连接，仅在第一个孔外引爆雷管7的一端与瞬发导爆管连接以便于后续的爆破施工作业，瞬发导爆管引爆第一个孔外引爆雷管7，第一个孔外引爆雷管7引爆第二个孔外引爆雷管7和第一段包含的多个孔内引爆雷管6的导爆索，直至引爆最后一组孔外引爆雷管7，此时第一组孔内引爆雷管6才会起爆；

步骤4.3,使用炮泥14封堵炮孔10；

步骤5,使用导爆管激发针及脉冲起爆器实施起爆；

步骤6,清理爆破现场；

步骤7,重复步骤1-6直到隧道开挖完成。

进一步的，参见图3，掏槽孔1包括一级掏槽孔11和二级掏槽孔12，二级掏槽孔12设置在一级掏槽孔11的两侧，当掏槽孔1一次最大起爆炮孔数量超过单段最大炮孔孔数n时，先爆破一侧二级掏槽孔2，再爆破另一侧二级掏槽孔2。

进一步的，孔内引爆雷管6的段别大于孔外引爆雷管7的段别，孔内引爆雷管6优选为20段，孔外引爆雷管7优选为3段。

进一步的，参见图5，开挖断面上设有防护孔9，防护孔9的深度为15～20cm，防护孔9设置在每个分段包括的多个孔内引爆雷管6与一个孔外引爆雷管7的连接节点8对应的开挖断面上，将连接节点8设于防护孔9内，用于防止孔外引爆雷管7爆炸产生的碎屑割断其它未引爆的孔内引爆雷管6或孔外引爆雷管7导致爆破失败，提高了爆破稳定性。

进一步的，参见图6，炮孔10内设有多节乳化炸药13，孔内引爆雷管6的第一端反向插入多节乳化炸药13中靠近炮孔10底部的一节乳化炸药13中，且装设多节乳化炸药13的方式包括连续不耦合或间断不耦合，使乳化炸药13与炮孔10内壁之间存在间隙，从而改善爆破效果。

进一步的，参见图6，炮孔10的前端设有炮泥14，防止爆破时形成的高压气体从炮口10喷泄而出,从而获得理想的爆破效果。

进一步的，参见图7，防护孔9的前端设有炮泥14，用于防止孔外引爆雷管7爆炸产生的碎屑飞出防护孔9，提高了爆破稳定性。

需要说明的是炮孔参数中有关系数的确定，例如介质系数k、衰减系数α、质点振动速度v、循环开挖爆破进尺h、炮孔利用率m等根据隧道开挖过程中的围岩、岩性予以确定。

进一步的，炮孔10采用楔形掏槽的方式设置，提高了爆破效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。