一种掏槽结构及爆破控制方法与流程

本发明涉及隧道工程领域，具体而言，涉及一种掏槽结构及爆破控制方法。

背景技术：

采用钻爆法施工的隧道，在接近建(构)筑物施工时，为避免或减小爆破震动对既有建(构)筑物破坏或影响，往往采用弱爆破的方式，但通过国内外现状调查分析表明，要将距离开挖面小于15m的爆破振动速度控制在1cm/s以内是十分困难的，特别是硬岩地层。当无法满足控制震动标准时，往往就只能采用非爆破法开挖，比如液压锤、静态破碎、co2爆破技术、单臂掘进机等措施。但非爆破法开挖虽然减小了对既有建(构)筑物的影响，但施工进度较慢、成本较高。

根据调研和统计，隧道钻爆开挖最大震动往往出现在掏槽爆破。这是因为隧道钻爆开挖首先需要在掌子面上创造临空面，在这个过程称为掏槽，而现有爆破技术需足够的炸药量同时起爆才能创造良好临空面的效果(临空面的效果直接影响开挖进度和质量)，而在掏槽临空面出现后，后续的扩槽爆破、掘进爆破、光面爆破等同时起爆炸药量则可以根据控制震动需要进行减少。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种掏槽结构，其通过大掏槽孔与小掏槽孔的相互配合，实现掏槽区爆破不产生过大震动的效果。

本发明的第二个目的在于提供一种爆破控制方法，其均分炸药并在各掏槽孔内间隔设置，进行有序爆破，在保障掏槽临空面效果下降低掏槽爆破引起的震动。

本发明的实施例是这样实现的：

一种掏槽结构，包括大掏槽孔、小掏槽孔均设置于掌子面的同一垂直水平面上。大掏槽孔包括第一掏槽孔和第二掏槽孔，第一掏槽孔的中心线与第二掏槽孔的中心线呈第一等腰梯形的两条腰线分布，且呈60°夹角设置。小掏槽孔包括第三掏槽孔和第四掏槽孔，第三掏槽孔的中心线与第四掏槽孔的中心线呈第二等腰梯形的两条腰线分布，且呈60°夹角设置。第一等腰梯形的腰线长度大于第二等腰梯形的腰线长度，第一等腰梯形的下底、第二等腰梯形的下底均设置于掌子面，第一等腰梯形的对称轴与第二等腰梯形的对称轴重合。大掏槽孔与小掏槽孔均内设有多个炸药放置点以进行有序爆破。

发明人发现，采用钻爆法施工的隧道，在接近建(构)筑物施工时，为避免或减小爆破震动对既有建(构)筑物破坏或影响，往往采用弱爆破的方式，但通过国内外现状调查分析表明，要将距离开挖面小于15m的爆破振动速度控制在1cm/s以内是十分困难的，特别是硬岩地层。而采用非爆破法会带来施工进度较慢、成本较高的问题。根据调研和统计，隧道钻爆开挖最大震动往往出现在掏槽爆破。现有的爆破技术中需足够的炸药量同时起爆才能创造良好临空面的效果，而在掏槽临空面出现后，后续的扩槽爆破、掘进爆破、光面爆破等同时起爆炸药量则可以根据控制震动需要进行减少。

发明人发现，若能在保障掏槽临空面效果的前提下，降低掏槽爆破引起的震动，就能控制住整个隧道断面开挖爆破引起的震动。在隧道钻爆设计中，传统“v”型水平楔形掏槽夹角变化在30°-70°之间，取值范围主要是根据围岩软硬程度、爆破循环进尺等因素确定，经验性强。现场实施时，随意性较大，夹角控制困难，循环进尺不十分稳定，为保障掏槽效果，往往装药量大。

因此发明人发明了一种掏槽结构，大掏槽孔与小掏槽孔的相互配合，60°夹角设置时掏槽效果最理想，可减少炸药用量。在大掏槽孔和小掏槽孔均内设多个炸药放置点，进行有序爆破，从而可以通过孔间错位将炸药爆炸的能量均分开来，再通过减少同段雷管起爆的最大装药量以实现对爆炸震动的最大峰值的有效控制，达到掏槽区爆破不产生过大震动的目的。

进一步地，大掏槽孔远离掌子面的一端设置有炸药放置点，第一等腰梯形的高度为w，第二等腰梯形的高度为w1，w取值0.5-1.5m；

当1.2≦w≦1.5时,w1＝0.6w；

当0.8<w<1.2m时,w1＝0.5w。

进一步地，当0.5≦w≦0.8m时，取消设置小掏槽孔。

进一步地，第一等腰梯形的上底的长度为d，d取值0.9-1.1m。

进一步地，掌子面的多个依次间隔距离h的垂直水平面上均设置有大掏槽孔与小掏槽孔，其中间隔最远的两个垂直水平面的距离取值于1.2-2.4m；

围岩分别属于ⅱ级、ⅲ级、ⅳ级、ⅴ级时，对应的h分别取值40cm、50cm、60cm、70cm。

进一步地，设有大掏槽孔与小掏槽孔的垂直水平面的数量保持在3个至5个，当围岩属于硬岩时不多于5个，当围岩属于软岩时不小于3个。

进一步地，距离隧道底板最近的设有大掏槽孔与小掏槽孔的垂直水平面，离隧道底板的距离控制在50-70cm。

一种爆破控制方法，包括上述的掏槽结构，通过经验法计算出掏槽孔炸药总量，将炸药总量均分成若干等分，分别设置于炸药放置点，每等分炸药被配置为爆破岩石体积基本相当。于同一掏槽孔内的多个炸药放置点依次间隔距离l0设置，内设于第一掏槽孔的炸药与内设于第二掏槽孔的炸药关于对称轴对称，内设于第三掏槽孔的炸药与内设于第四掏槽孔的炸药关于对称轴对称。所有的炸药放置点均配备有非电导爆管雷管，进行有序爆破以形成应力波叠加而震动波相互独立。

进一步地，大掏槽孔与小掏槽孔靠近掌子面的一端均进行炮孔堵塞，且堵塞长度小于l0。

本发明的有益效果是：

(1)大掏槽孔与小掏槽孔各自的两条掏槽孔沿中心线呈60°夹角设置，掏槽效果最理想，可减少炸药用量；

(2)内设多个炸药放置点，通过孔间错位能够将炸药爆炸的能量均分开来，配合减少同段雷管起爆的最大装药量，实现掏槽区爆破不产生过大震动的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的掏槽结构的平面示意图；

图2为本发明实施例提供的掏槽结构的立面示意图；

图3为本发明实施例提供的掏槽结构的侧面示意图；

图4为本发明实施例提供的掏槽结构的w取值示意图；

图5为本发明实施例提供的炸药放置点的分布示意图。

图标：10-掏槽结构，100-大掏槽孔，110-第一掏槽孔，120-第二掏槽孔，130-第一等腰梯形，131-对称轴，200-小掏槽孔，210-第三掏槽孔，220-第四掏槽孔，230-第二等腰梯形，300-炸药放置点，20-掌子面，30-爆破控制方法。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1至图5，本实施例提供一种掏槽结构10，包括大掏槽孔100与小掏槽孔200均设置于掌子面的同一垂直水平面上。其中，垂直水平面指的是掌子面的垂直平面中的水平方向的平面。

大掏槽孔100与小掏槽孔200的设置具体如下：大掏槽孔100包括第一掏槽孔110和第二掏槽孔120，第一掏槽孔110的中心线与第二掏槽孔120的中心线呈第一等腰梯形130的两条腰线分布，且呈60°夹角设置。小掏槽孔200包括第三掏槽孔210和第四掏槽孔220，第三掏槽孔210的中心线与第四掏槽孔220的中心线呈第二等腰梯形230的两条腰线分布，且呈60°夹角设置。第一等腰梯形130的腰线长度大于第二等腰梯形230的腰线长度，第一等腰梯形130的下底、第二等腰梯形230的下底均设置于掌子面20，相当于大掏槽孔100与小掏槽孔200均从掌子面20上开口伸入待爆破的岩石内，第一等腰梯形130的对称轴131与第二等腰梯形230的对称轴131重合。

上述第一等腰梯形130与第二等腰梯形230均是呈等腰梯形形状的图形。第一掏槽孔110沿第一掏槽孔110的中心线延伸分布，第二掏槽孔120沿第二掏槽孔120的中心线延伸分布。

掌子面20，即隧道工程中不断向前推进的工作面。掏槽，又称掏槽眼，是运用于隧道掘进，眼孔布置于掌子面20中心偏低位置，该孔最先起爆，以便将中心岩石抛掷出来，为围岩增加临空面，达到最佳爆破效果。

发明人发现，在建筑物施工时采用弱爆破的方式，需要控制震动破坏较小，根据调研和统计，隧道钻爆开挖最大震动往往出现在掏槽爆破，现有爆破技术需足够的炸药量同时起爆才能创造良好临空面的效果，在掏槽临空面出现后，后续的扩槽爆破、掘进爆破、光面爆破等同时起爆炸药量则可以根据控制震动需要进行减少。因此，掏槽爆破时的震动峰值决定这爆破整体的震动情况。

大掏槽孔100与小掏槽孔200各自的两条掏槽孔沿中心线呈60°夹角设置，此时掏槽效果最理想，可减少炸药用量，进而减少掏槽爆破时的震动峰值。

大掏槽孔100与小掏槽孔200均内设有多个炸药放置点300，炸药放置点300用于放置炸药，以进行有序爆破。将通过经验法计算出掏槽孔炸药总量，分散成多个部分分别间隔放置于多个炸药放置点300。通过孔间错位能够将炸药爆炸的能量均分开来，配合减少同段雷管起爆的最大装药量，实现掏槽区爆破不产生过大震动的效果。

进一步地，请参照图1和图4，抵抗线w系指掏槽孔底至掌子面20的最大垂直距离，亦即掏槽深度。抵抗线越大则，循环进尺越大，炸药用量越多，爆破震动越大；抵抗线越小则，循环进尺越小，炸药用量少，爆破震动越小。第一等腰梯形130的高度为w，在大掏槽孔100远离掌子面20的一端设置有炸药放置点300，即在第一掏槽孔110远离掌子面20的一端、第二掏槽孔120远离掌子面20的一端均设置有炸药放置点300的情况下，w为抵抗线的大小。

第二等腰梯形230的高度为w1，即小掏槽孔200远离掌子面20的一端距离掌子面w1。

在震动控制地区，隧道循环进尺一般在0.5-1.5m，当超过1.5m时，震动控制几乎难以实现，但低于0.5m时功效低、成本大，无工程实际意义。因此在w取值0.5-1.5m的情况下，通过两层掏槽孔布置，分为小掏槽孔200、大掏槽孔100、将抵抗线w分解为w1、w-w1，并按比例分解，即差分抵抗线，通过设置w1与w的比例大小，可以实现大幅且有效的降震效果。

并提出以下差分比例，可以获得有效的降震效果，具体如下,当1.2≦w≦1.5时,w1＝0.6w；当0.8<w<1.2m时,w1＝0.5w。

并且当0.5≦w≦0.8m时，此时抵抗线的大小能够在大掏槽孔100与小掏槽孔200各自的两条掏槽孔沿中心线呈60°夹角设置并且内设多个火药放置点的情形下，震动峰值满足标准，可以取消小掏槽孔200的开设，只在大掏槽孔100中的多个火药放置点间隔放置火药即可。

在上述的基础下，还可以提出以下的设计，以良好地控制掏槽震动情况，包括：

请参照图1，第一等腰梯形130的上底的长度为d，d取值0.9-1.1m。

参照图1、图2和图3，掌子面20的多个依次间隔距离h的垂直水平面上均设置有大掏槽孔100与小掏槽孔200，其中间隔最远的两个垂直水平面的距离取值于1.2-2.4m。围岩分别属于ⅱ级、ⅲ级、ⅳ级、ⅴ级时，对应的h分别取值40cm、50cm、60cm、70cm。

设有大掏槽孔100与小掏槽孔200的垂直水平面的数量保持在3个至5个，当围岩属于硬岩时不多于5个，当围岩属于软岩时不小于3个。

距离隧道底板最近的设有大掏槽孔100与小掏槽孔200的垂直水平面，离隧道底板的距离控制在50-70cm，更多地，当四周的围岩属于硬岩的范畴时，离隧道底板的距离偏向于50cm；当四周的围岩属于软岩的范畴时，离隧道底板的距离偏向于70cm。此处的隧道底板指的是开挖面的隧道底板，相当于开挖面底边。

上述的硬岩指的是饱和单轴抗压强度在60mpa以上的岩石，上述的软岩指的是饱和单轴抗压强度在30mpa以下的岩石。

更多地，所有的大掏槽孔100和小掏槽孔200共同形成的掏槽区域，在设置原则上设置在掌子面20的中偏下一点。

综上所述，本发明具有通过大掏槽孔100与小掏槽孔200的相互配合，再通过减少同段雷管起爆的最大装药量以实现对爆炸震动的最大峰值的有效控制，实现掏槽区爆破不产生过大震动的效果。

实施例2

请参照图1至图5，本实施例提供一种爆破控制方法30，其采用实施例1中的掏槽结构10，通过经验法计算出掏槽孔炸药总量，并且将炸药总量均分成若干等分，分别设置于炸药放置点300。

每等分炸药被配置为爆破岩石体积基本相当。于同一掏槽孔内的多个炸药放置点300依次间隔距离l0设置，内设于第一掏槽孔110的炸药与内设于第二掏槽孔120的炸药关于对称轴131对称，内设于第三掏槽孔210的炸药与内设于第四掏槽孔220的炸药关于对称轴131对称。如此可以实现若干等分的炸药在各掏槽孔内间隔设置，并保证在孔间错位设置。所有的炸药放置点300均配备有非电导爆管雷管，进行有序爆破以形成应力波叠加而震动波相互独立。

非电导爆管是在一根导爆管的两端分别装配雷管。将两端按要求分别接入两个结点，只要起爆任意一端，起爆端雷管爆炸后爆轰波经反传引爆导爆管将另一端雷管引爆。在所有的炸药放置点300处放置非电导爆管雷管，可以支持进行有序爆破以形成应力波叠加而震动波相互独立。其中，应力波叠加有利于提高进尺，破碎岩石。震动波相互独立有利控制震动。

进一步地，大掏槽孔100与小掏槽孔200靠近掌子面20的一端均进行炮孔堵塞，且堵塞长度小于l0。进行炮孔堵塞以提高爆破效果。堵塞长度小于l0有利于在保障掏槽临空面效果下降低掏槽爆破引起的震动。

更多地，可以设置炸药放置点300依次间隔距离l0小于第一等腰梯形130的上底与第二等腰梯形230的上底之间的距离。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。