一种静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法减震开挖方法与流程

本发明涉及一种地下硐室钻爆法开挖减震方法，尤其涉及一种静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法。

背景技术：

在交通工程、矿山和水电坝基等的地下硐室开挖过程中，不可避免的出现溶腔、断层破碎带和软弱夹层带，地质条件主要表现为同一水平岩层往往呈现直接从全风化越级进入中风化甚至微风化地段，各层由于所受的风化作用程度深浅不同，表现出的物理力学性质存在较大的差异，若地下硐室在软硬不均的岩体边界处，采用钻爆法进行地下硐室施工会直接造成周边岩体的损伤，甚至出现沉陷、坍塌、涌水和人员安全等恶性事故，进而造成灾难性的经济损失和恶劣的社会影响。此外超小净距、交叉隧道等工程也经常出现基岩层厚度小于爆破松动圈的情况，新建隧道的爆破开挖同样会对中间岩体和既有硐室结构产生震动损伤等的工程问题。

岩体的爆破安全性评价主要根据振速和频率等指标进行的，其中岩体的爆破峰值振速是主控因素。在地下硐室的钻爆开挖过程中，掏槽眼主要是在掌子面形成临空面，需要的药量最大，其引起的岩体振动往往即是整个掌子面开挖的爆破峰值振速。此外，对基岩层厚度小于爆破松动圈的地下硐室，周边眼的开挖也会对附近岩体造成较大影响，因此控制掏槽眼和周边眼的爆破峰值振速是此类工程安全施工的关键环节。

为了减小掌子面爆破对周边岩体的扰动，工程上一般采用预裂的方法。第一类是采用机械的方式，沿开挖轮廓线钻凿紧密相邻的炮眼(接近于互相贯穿，人为地造成弱面)，这些炮眼内不装药，然后视其离自由面的远近再钻一至若干排炮眼并装药爆破，利用不装药炮眼隔离爆破荷载，达到控制爆破的目的，但这种方法钻研工作量大，费用高，严重影响施工效率；第二类方法是沿开挖轮廓线设置预裂光爆层，装药后使之先于其它炮眼先起爆，最终形成沿开挖轮廓线形成贯通性的裂缝，将待开挖区与围岩区分割开来。但对于硐室外围基岩体厚度本身较薄的情况，预裂爆破本身也会对周边围岩产生较大的扰动，工程上造成的岩体破裂，硐室坍塌的工程事故屡见不鲜。为此，工程上杨树仁等人(申请号201210462523.9)提出一种混合岩体切缝药包的方法，以其引导预裂爆破荷载作用于开挖轮廓线，达到降低预裂爆破对法向岩体的振动影响，但该方法依旧采用炸药起爆方式形成预裂缝，仍然无法避免预裂缝施做时对近区岩体的损伤，对于围岩较薄条件下硐室开挖仍然存在较大的安全威胁。

技术实现要素：

本发明的主要目的是针对薄基岩层地下硐室开挖过程中出现的围岩爆破扰动问题，提出一种静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震开挖方法，以更好地减缓钻爆法开挖地下硐室过程中对周边岩体的振动损伤。

本发明的目的将通过以下技术方案实现，一种静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，包括以下步骤：在石质隧道或巷道的掘进过程中，首先采用凿岩机或者风炮机在掌子面分别施做周边眼、掏槽眼、辅助眼、内圈眼和底板眼；然后，在周边眼或者底板眼中插入切缝钢管，在切缝钢管中装入无声爆破剂，通过无声爆破剂施做预裂缝；接着，在掏槽眼处也装入无声爆破剂，完成掌子面掏槽眼施工；最后，在余下的辅助眼、内圈眼、底板眼或者周边眼中分别装入乳化炸药，采用微差爆破的方法完成掌子面的钻爆开挖。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述周边眼、掏槽眼、辅助眼、内圈眼和底板眼施做完成后，进行炮眼清洗。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述切缝钢管定向插入到周边眼或者底板眼中，所述切缝钢管的开缝宽度为4～6mm，所述切缝钢管的开缝位置根据预裂面形状确定。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述切缝钢管由的无缝钢管制作而成，所述无缝钢管的长度为周边眼或者底板眼炮眼深度的0.9～0.95倍。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述切缝钢管中装入无声爆破剂后，采用黄泥或者锚固剂封堵周边眼或者底板眼的孔口，封堵长度不少于5cm，待无声爆破剂膨胀后，施做预裂缝。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述切缝钢管中的无声爆破剂的水灰比为0.32，所述切缝钢管中的无声爆破剂先装入到药剂袋，再将药剂袋装入到切缝钢管中，无声爆破剂装入到药剂袋时要进行逐段捣鼓密实。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述药剂袋为高强纤维纸袋，所述药剂袋的直径略小于或等于切缝钢管的内径，所述药剂袋的长度为周边眼或者底板眼炮眼深度的1.1倍。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，装有所述无声爆破剂的药剂袋采用洁净水浸泡45s，洁净水完全淹没药剂袋，使药剂袋充分湿润，待药剂袋完全不冒气泡时，取出药剂袋逐段装入到切缝钢管中。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述掏槽眼中的无声爆破剂的水灰比为0.28，掏槽眼中的无声爆破剂先装入到药卷袋，药卷袋浸泡45s后，待药卷袋完全不冒气泡时，再将药卷袋装入到掏槽眼。

优选的，所述的静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，所述乳化炸药装入到炮眼后，炮眼的孔口采用炮泥封堵，堵塞的长度不少于20cm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用无声爆破剂与切缝钢管结合，通过准静力的方法在掌子面周边完成预裂缝，为后续其它炮眼的施工起到隔震作用，克服了预裂缝施工时临近岩体振动过大的问题，同时消除了掏槽眼爆破施工所引起的震动，显著地降低了地下硐室钻爆开挖对周边敏感对象的振动影响。此外，采用该方法可实现交通隧道、矿山巷道的全断面开挖，可大幅提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明施做例或现有技术中的技术方案，下面将对施做例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个施做例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的地质风化剖面图；

图2为本发明实施例1切缝钢管的横截面图。

具体施做方式

下面将结合本发明施做例中的附图，对本发明施做例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的施做例仅仅是本发明一部分施做例，而不是全部的施做例。基于本发明中的施做例，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施做例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

某双向六车道公路隧道，最大埋深约180m，内轮廓采用三心圆拱顶曲墙断面，复合式衬砌结构，净宽15.5m，结构内净高5.0m，内轮廓面积133.5m²，最大开挖跨径18m。隧道k162+420～k162+464段洞身全部进入中风化花岗岩，拱顶中风化围岩厚度0.7m～5m。据《中国隧道及地下工程修建技术》所述，采用钻爆法施工，洞身围岩会产生1～2m厚爆破松动圈，拱顶顶板硬岩厚度不能安全储备，如图1所示。此段施工采取静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，单次循环爆破进尺为2.2m，具体技术措施为：

(1)施做炮眼，使用凿岩机打设包括掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼和扩槽眼的炮眼，炮眼内相关药卷如下表。辅助眼和底板眼采用乳化炸药起爆，其中，爆破药卷直径为32mm；掏槽眼和周边眼采用静力爆破的方法开挖，其他各种炮眼采用的钻头开挖，炮眼施做完成后，对炮眼区域进行人工清理，用高压风吹除炮眼内外的余渣以及余水，保证炮眼清洁无尘。

(2)切缝钢管的制作，切缝钢管由(外径40mm，壁厚4mm)的无缝钢管制作而成，无缝钢管为炮眼深度的0.9～0.95倍。切缝钢管的裂缝采用径向对开，如图2所示，将切缝钢管的裂缝装入周边眼，同时保证切缝钢管的裂缝位置与预裂面的开挖轮廓线延伸方向一致。

(3)施做预裂缝，根据中华人民共和国建材行业标准《无声爆破剂》(标准号jc506-92)，选用sca-ii型无声爆破剂，采用如下步骤完成周边眼无声爆破剂安装，沿开挖轮廓线施做预裂缝：

第一步，制作比切缝钢管内经略小的高强纤维纸袋，长度与孔深等长，用于装入无声爆破剂；

第二步，将无声爆破剂的水灰比(水与爆破剂质量比)调到0.32，装入药剂袋，逐段捣鼓密实，无声爆破剂装入至药剂袋长度的90％后封扎紧实；

第三步，采用洁净水浸泡装有无声爆破剂的药剂袋45s，洁净水完全淹没药剂袋，使药剂袋充分湿润，待药剂袋完全不冒气泡时，取出药剂袋逐段装入到周边眼，注意装填密实，直至周边眼的孔口5～8cm，周边眼的孔口采用黄泥封堵。

第四步，待药剂袋中的无声爆破剂药剂反应5～10min后，向预裂缝掌子面淋水，加速药剂反应，至药剂反应45min后，检查环向预裂缝形成情况，对于没有连通段，重复第三步、第四步，直至最终形成环向预裂缝。

(4)掏槽眼施工，采用如下步骤完成：

第一步，将无声爆破剂的水灰比调到约0.28，装入药卷袋，逐条捅实，无声爆破剂装入至药剂袋长度的90％后封扎紧实；

第二步，采用洁净水浸泡装有无声爆破剂的药剂袋45s，洁净水完全淹没药卷袋，使药卷袋充分湿润，待药卷袋完全不冒气泡时，取出药卷袋逐段装入到掏槽眼，注意装填密实，直至掏槽眼的孔口5～8cm，掏槽眼的孔口采用黄泥封堵。

第三步，待药卷袋中的无声爆破剂药剂反应5～10min后，向预裂缝掌子面淋水，加速药剂反应，药剂反应45min。

(5)其它炮眼(辅助眼、底板眼、扩槽眼)施工，为了实现更好的爆破效果，达到预期的爆破目的，普通段采用连续装药结构，炮眼的孔口应堵塞不少于40cm的炮泥，且要求将炮泥堵在与装药相接的部位。周边眼装药结构采用导爆索连接间隔装药结构，底部药量适当加强，并且炮眼口应堵塞不少于20cm的炮泥。

实施例2

一种静力爆破预裂隔震的地下硐室钻爆法开挖减震方法，包括以下步骤：在石质隧道或巷道的掘进过程中，首先采用凿岩机或者风炮机在掌子面分别施做周边眼、掏槽眼、辅助眼、内圈眼和底板眼，并清洗炮眼内的内外的余渣以及余水；然后，在周边眼或者底板眼中插入切缝钢管，在切缝钢管中装入无声爆破剂，通过无声爆破剂施做预裂缝；接着，在掏槽眼处也装入无声爆破剂，完成掌子面掏槽眼施工；最后，在余下的辅助眼、内圈眼、底板眼或者周边眼中分别装入乳化炸药，乳化炸药后炮眼的孔口采用炮泥封堵，堵塞的长度不少于20cm，再采用微差爆破的方法完成掌子面的钻爆开挖。

所述切缝钢管定向插入到周边眼或者底板眼中，所述切缝钢管的开缝宽度为4～6mm，所述切缝钢管的开缝位置根据预裂面形状确定。所述切缝钢管由的无缝钢管制作而成，所述无缝钢管的长度为周边眼或者底板眼炮眼深度的0.9～0.95倍。

所述切缝钢管中装入无声爆破剂后，采用黄泥或者锚固剂封堵周边眼或者底板眼的孔口，封堵长度不少于5cm，待无声爆破剂膨胀后，施做预裂缝。所述切缝钢管中的无声爆破剂的水灰比为0.32，所述切缝钢管中的无声爆破剂先装入到药剂袋，再将药剂袋装入到切缝钢管中，无声爆破剂装入到药剂袋时要进行逐段捣鼓密实。

所述药剂袋为高强纤维纸袋，所述药剂袋的直径略小于或等于切缝钢管的内径，所述药剂袋的长度为周边眼或者底板眼炮眼深度的1.1倍。装有所述无声爆破剂的药剂袋采用洁净水浸泡45s，洁净水完全淹没药剂袋，使药剂袋充分湿润，待药剂袋完全不冒气泡时，取出药剂袋逐段装入到切缝钢管中。

所述掏槽眼中的无声爆破剂的水灰比为0.28，掏槽眼中的无声爆破剂先装入到药卷袋，药卷袋浸泡45s后，待药卷袋完全不冒气泡时，再将药卷袋装入到掏槽眼。

以上所述仅为本发明的较佳施做例而已，并不用以限制本发明，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。