本发明涉及地下工程爆破技术，具体涉及一种中深孔大断面复合掏槽爆破结构及方法。
背景技术：
目前，采用全断面爆破掘进的隧道其掏槽形式主要有两种：垂直掏槽和倾斜掏槽。垂直掏槽的缺点是对掏槽眼的间距、钻眼质量和装药要求严格，不易掌握，所需掏槽的炮眼数目和炸药消耗量偏多，掏槽体积小等，适用于爆破开挖断面尺寸较小的隧道；倾斜掏槽由于掏槽眼与掌子面斜交，因此掏槽比较可靠，对钻孔的精度要求不高，操作比较简单，在爆破开挖尺寸较大的隧道最为常见，其中又以楔形掏槽形式使用最为广泛。采用全断面爆破开挖的隧道，当掏槽眼采用倾斜掏槽方式中的垂直楔形掏槽形式布置时，其爆破过程如下：首先，所有掏槽眼均采用同一段位毫秒延期雷管引爆，即所有掏槽眼同时起爆；随后，采用同一段位毫秒延期雷管起爆靠近掏槽眼的辅助眼，再使用同一段位毫秒延期雷管起爆靠近周边眼的剩余辅助眼；最后，采用同一段位毫秒延期雷管起爆周边眼和底板眼。由于隧道爆破掘进时只有一个自由面(临空面)，即掘进工作面，夹制作用大，所以进行爆破设计时，通常情况下，最先起爆的掏槽眼单孔装药量同辅助眼和周边(底板)眼相比也是最多的，同一时间起爆装药量最多的掏槽眼将对隧道周边构筑物造成爆破震动对围岩造成严重损伤。近些年，从节能经济环保的角度出发，发明出一种新型隧道掘进爆破方法，即“节能环保水压爆破”。节能环保水压爆破与常规爆破法相比，在炮眼分布、掏槽形式、炮眼数量、炮眼长度、起爆顺序和起爆时间间隔等六个方面与常规爆破一模一样，仅仅是在水压爆破炮眼中增加了水袋和炮泥，即仅改变了炮眼的装药结构。由于水压爆破的优点“三提高一保护”被爆破作业相关人员公知，所以许多用爆破开挖的隧道都采用了该方法。但该方面没有考虑到如掏槽形式的改变等对爆破产生的影响。因此，有必要开发一种新的中深孔大断面复合掏槽爆破结构及方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种中深孔大断面复合掏槽爆破结构及方法，以提高炸药利用率，减少工人钻设炮眼作业劳动时间，以及减小爆破噪音和震动。本发明所述的中深孔大断面复合掏槽爆破结构，在隧道掘进掌子面的中心靠下位置设有一个垂直于掌子面的大直径空孔，在靠近该大直径空孔的周围设有若干掏槽眼，各掏槽眼以该大直径空孔的中心线为中心呈螺旋线分布，各掏槽眼的长度沿着螺旋线从内向外逐渐增大，且所述掏槽眼为里端向大直径空孔的中心线倾斜的斜眼；在隧道掘进掌子面上沿掌子面外轮廓布设有若干周边眼和若干底板眼，用于控制爆破后掌子面的轮廓，在周边眼与掏槽眼之间设有两排辅助眼，在掏槽眼与底板眼之间布设有一排辅助眼；所述掏槽眼、辅助眼、周边眼以及底板眼内均设有水袋、炸药以及能引爆炸药的雷管。所述掏槽眼内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及雷管、一节水袋；所述辅助眼内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋；所述底板眼内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及雷管、三节水袋；所述周边眼内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋。所述辅助眼、底板眼、周边眼及大直径空孔的长度均为L，所述辅助眼内的若干节炸药的长度之和约为2/3L；所述底板眼内的若干节炸药的长度之和约为1/3L；所述周边眼内的若干节炸药的长度之和约为1/5L～1/4L。所述掏槽眼的数量为4～8个，且位于螺旋线最内侧的掏槽眼沿大直径空孔中心线上的投影长度约为L/2，其中，L为大直径空孔的长度；位于螺旋线最外侧的掏槽眼沿大直径空孔中心线上的投影长度约为L，且各掏槽眼的里端到大直径空孔的中心线的距离均等于大直径空孔的直径D1。所述雷管采用毫秒延期导爆管雷管。本发明所述的中深孔大断面复合掏槽爆破方法，包括以下步骤：步骤一、布设大直径空孔和炮眼：在隧道掘进掌子面中心靠下位置布设一个垂直于掌子面的大直径空孔，在靠近该大直径空孔的周围布设有若干掏槽眼，各掏槽眼以该大直径空孔的中心线为中心呈螺旋线分布，各掏槽眼的长度沿着螺旋线从内向外逐渐增大，且所述掏槽眼为里端向大直径空孔的中心线倾斜的斜眼，在隧道掘进掌子面上沿掌子面外轮廓布设有若干周边眼和若干底板眼，用于控制爆破后掌子面的轮廓，在周边眼与掏槽眼之间设有两排辅助眼，在掏槽眼与底板眼之间布设有一排辅助眼；步骤二、装填炸药：在各掏槽眼内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、一节水袋，并用炮泥堵塞；在各辅助眼内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋，并用炮泥堵塞；在各底板眼内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、三节水袋，并用炮泥堵塞；在各周边眼内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋，并用炮泥堵塞；步骤三、连线，确认无误后起爆：首先将各掏槽眼沿着螺旋线从内向外按微差间隔逐孔爆破；待各掏槽眼全部起爆完后，将各辅助眼分两次起爆，靠近掏槽眼侧的各辅助眼先起爆，靠近周边眼侧的各辅助眼后起爆；待所有辅助眼起爆完后，再同时起爆各底板眼和各周边眼。所述掏槽眼的数量为4～8个，且位于螺旋线最内侧的掏槽眼沿大直径空孔中心线上的投影长度约为L/2，其中，L为大直径空孔的长度；位于螺旋线最外侧的掏槽眼沿大直径空孔中心线上的投影长度约为L，且各掏槽眼的里端到大直径空孔的中心线的距离均等于大直径空孔的直径D1。所述辅助眼、底板眼、周边眼及大直径空孔的长度均为L，所述辅助眼内的若干节炸药的长度之和约为2/3L；所述底板眼内的若干节炸药的长度之和约为1/3L；所述周边眼内的若干节炸药的长度之和约为1/5L～1/4L。所述雷管采用毫秒延期导爆管雷管。本发明的有益效果：由于围岩爆破后的碎胀性，利用大直径空孔为第一个起爆掏槽眼提供自由面(临空面)和补偿空间，减小了爆破震速。由于每个掏槽眼均是倾斜于掌子面，且轴线方向均偏向大直径空孔的中心线，故其爆破抛掷作用比垂直掏槽结构形式强，采用毫秒延期雷管可保证每个炮眼依次按顺序起爆。第一个掏槽眼起爆后，第一个掏槽眼和大直径空孔之间的围岩就被抛掷出来，从而为第二个掏槽眼起爆后提供了围岩爆破补偿空间，以此类推，当所有掏槽眼都爆破完后，就在掌子面形成一个很大的槽腔，这为辅助眼起爆提供了很好的自由面，最后爆破周边眼和底板眼时，爆破的岩石都将向掌子面这侧崩落，因而每个周边眼和底板眼的炸药消耗量也比常规水压爆破方式少，减小了爆破噪音和震动，且对围岩的损伤很小。另外，本发明对钻孔的精度要求不高，减少工人钻设炮眼作业劳动时间。附图说明图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中爆破不同类型炮眼装药的结构示意图；图3为图1中沿G-G线对应的掏槽眼布置局部剖视图。具体实施方式下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：如图1和图3的中深孔大断面复合掏槽爆破结构，在隧道掘进掌子面的中心靠下位置设有一个垂直于掌子面的大直径空孔1，在靠近该大直径空孔1的周围设有4～8个掏槽眼2(即图1中由虚线A连接的孔)，如果掏槽眼2的个数少于4个，则说明大直径空孔1的直径D1过大；如果掏槽眼2的个数多于8个，则说明大直径空孔1的直径D1过小，需增加大直径空孔1的直径D1(亦可采用两个及以上大直径空孔作为初始爆破补偿空间)。各掏槽眼2以该大直径空孔1的中心线为中心呈螺旋线分布，各掏槽眼2的长度沿着螺旋线从内向外逐渐增大，且位于螺旋线最内侧的掏槽眼2沿大直径空孔1中心线上的投影长度约为L/2，其中，L为大直径空孔1的长度；位于螺旋线最外侧的掏槽眼2沿大直径空孔1中心线上的投影长度约为L。掏槽眼2为里端向大直径空孔1的中心线倾斜的斜眼，且各掏槽眼2的里端到大直径空孔1的中心线的距离均等于大直径空孔1的直径D1。在隧道掘进掌子面上沿掌子面外轮廓布设有若干均布的周边眼4(即图1中由实线D连接的孔)和若干均布的底板眼5(即图1中由实线F连接的孔)，用于控制爆破后掌子面的轮廓，在周边眼4与掏槽眼2之间设有两排辅助眼3(即图1中由实线B和实线C连接的孔)，在掏槽眼2与底板眼5之间布设有一排辅助眼3(即图1中由实线E连接的孔)。掏槽眼2、辅助眼3、周边眼4以及底板眼5内均设有水袋、炸药以及能引爆炸药的雷管，该雷管采用毫秒延期导爆管雷管。如图2所示，掏槽眼2内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及能引爆炸药的雷管、一节水袋，装完后用炮泥堵塞。辅助眼3内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及能引爆炸药的雷管、两节水袋，装完后用炮泥堵塞。底板眼5内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及能引爆炸药的雷管、三节水袋，装完后用炮泥堵塞。周边眼4内从里向外依次设有一节水袋、若干节炸药及能引爆炸药的雷管、两节水袋，装完后用炮泥堵塞。如图2所示，辅助眼3、周边眼4、底板眼5及大直径空孔1的长度均为L；辅助眼3内的若干节炸药的长度之和约为2/3L；底板眼5内的若干节炸药的长度之和约为1/3L；周边眼4内的若干节炸药的长度之和约为1/5L～1/4L。本发明的中深孔大断面复合掏槽爆破方法，包括以下步骤：步骤一、布设大直径空孔和炮眼：在隧道掘进掌子面中心靠下位置布设一个垂直于掌子面的大直径空孔1，在靠近该大直径空孔1的周围布设有4～8个掏槽眼2，各掏槽眼2以该大直径空孔1的中心线为中心呈螺旋线分布，各掏槽眼2的长度沿着螺旋线从内向外逐渐增大，且掏槽眼2为里端向大直径空孔1的中心线倾斜的斜眼，在隧道掘进掌子面上沿掌子面外轮廓布设有若干周边眼4和若干底板眼5，用于控制爆破后掌子面的轮廓，在周边眼4与掏槽眼2之间设有两排辅助眼3，在掏槽眼2与底板眼5之间布设有一排辅助眼3。钻孔时，首先在隧道掘进掌子面中心靠下位置利用潜孔钻钻设一个垂直于掌子面直径为D1,长度为L的大直径空孔1。然后以大直径空孔1轴线为中心线，根据掌子面围岩等级类别，查找其碎胀系数K。钻设的第一个掏槽眼2的外端与大直径空孔1的中心线的距离R1需根据K值和大直径空孔1提供给第一个掏槽眼2爆破所需的补偿空间推算出来，通常R1取值为1.5D1～2D1，其中D1为大直径空孔1的直径。第一个掏槽眼2起爆后，第一个掏槽眼2与大直径空孔1之间的围岩被爆破出来，形成一个新的临空面和槽腔，再根据岩石碎胀系数K和新的临空面提供的爆破补偿空间来确定第二个掏槽眼2与大直径空孔1的中心线的距离R2，通常R2取值为2D1～2.5D1；以此类推，来确定第三个掏槽眼2、第四个掏槽眼2、……，直到最后一个掏槽眼2的里端向大直径空孔1的中心线的投影与大直径空孔1的长度L一样长。步骤二、装填炸药：如图2所示，在各掏槽眼2内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、一节水袋，并用炮泥堵塞；第一个起爆的掏槽眼2采用延期为1段的雷管，第二个起爆的掏槽眼2采用延期为2段的雷管，以次类推。如图2所示，在各辅助眼3内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋，并用炮泥堵塞；辅助眼3内的若干节炸药的长度之和约为2/3L；利用毫秒延期导爆管雷管的不同段位使辅助眼3分两次起爆，靠近掏槽眼2侧的各辅助眼3先起爆，靠近周边眼4侧的各辅助眼3后起爆。辅助眼3的布设方式与通常采用的爆破法采用的布置方式基本一致，当各掏槽眼2起爆完后，为辅助眼3爆破提供了良好的临空面，故辅助眼3的装药量比通常水压爆破方式中的辅助眼装药量要少。如图2所示，在各底板眼5内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、三节水袋，并用炮泥堵塞；底板眼5内的若干节炸药的长度之和约为1/3L。在各周边眼4内从里到外依次装入一节水袋、若干节炸药及雷管、两节水袋，并用炮泥堵塞；周边眼4内的若干节炸药的长度之和约为1/5L～1/4L。各底板眼5和各周边眼4采用同一段位毫秒延期导爆管雷管，以确保在所有辅助眼3起爆完后各底板眼5及各周边眼4能够同时起爆。步骤三、连线，确认无误后起爆：首先将各掏槽眼2沿着螺旋线从内向外按微差间隔逐孔爆破，若以7个掏槽眼2为例，起爆的顺序为a1→a2→a3→a4→a5→a6→a7，当7个掏槽眼2逐一起爆完后，就在掘进掌子面上形成了一个大的槽腔。待各掏槽眼2全部起爆完后，将各辅助眼3分两次起爆，靠近掏槽眼2侧的各辅助眼3(即由实线B连接的孔和由实线E连接的孔)先起爆，靠近周边眼4侧的各辅助眼3(即由实线C连接的孔)后起爆。待所有辅助眼3起爆完后，再同时起爆各底板眼5和各周边眼4。