一种盾构刀盘前孤石爆破处理方法与流程

本发明涉及盾构挖掘技术领域，具体涉及一种盾构刀盘前孤石爆破处理方法。

背景技术：

在花岗岩发育地层中，隧道断面存在花岗岩球状风化体(俗称孤石)的情况。工程中通常在勘察阶段将孤石找到，然后采用人工挖孔桩、旋挖取芯、钻孔爆破等办法将孤石处理后，盾构再掘进通过。实际工程中，勘察往往无法将所有的孤石都找到，必然存在漏网之鱼，导致盾构掘进过程中待刀盘碰到岩体后才发现孤石的存在。完整性好的花岗岩岩体强度大，采用“火药”的方式破碎岩体无疑是最好的选择，但刀盘前的孤石采用爆破处理必须考虑对盾构机械的影响，以防爆破能量损坏盾构机械。

针对刀盘前方遇到的孤石，若孤石的体量较小，一般尝试采用盾构慢慢掘进通过的方法，但刀具的非正常损坏严重，盾构掘进速度慢，甚至出现卡死。若孤石体量较大时，盾构直接掘进通过代价大，工程中在带压进仓后采用岩石劈裂机对孤石岩体进行劈裂，这种办法一是带压进行作业风险大、效率低，二是孤石完整性好没有临空面，岩石劈裂机的劈裂效果达不到预期，且岩石劈裂机价格昂贵。此外工程中还尝试过带压进仓后，对孤石岩体打孔，降低岩体的完整性，盾构再掘进通过，这种方法最终的结果是岩体形成了尖锐的石刀，导致盾构刀具损坏更加严重，且掘进过程切削下来的岩块体积大，堆积在仓内无法排出。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种盾构刀盘前孤石爆破处理方法，可以有效进行孤石爆破的同时保护盾构不受损害。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种盾构刀盘前孤石爆破处理方法，包括如下步骤：

s1、以盾构的刀盘100前方6000mm为分界线，划分距离刀盘小于或等于6000mm的范围为第一次爆破处理区，距离刀盘大于6000mm的范围为后续爆破处理区；

s2、设置爆破孔：

s2.1、布置第一次爆破处理区的爆破孔：

s2.1.1、在刀盘前方600mm处设置两列空孔，作为刀盘前减振孔，所述两列空孔沿隧道轴线方向的孔间距为300mm，垂直隧道轴线方向的孔间距为350mm；

s2.1.2、沿隧道轴线背离盾构的方向，距离空孔400mm处设置第一列爆破孔，作为第一次爆破处理区内的第一个爆破区，即爆破一区，各个爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距为400mm；

s2.1.3、沿隧道轴线背离盾构的方向，距离爆破一区的爆破孔500mm处设置第二列爆破孔和第三列爆破孔，作为第一次爆破处理区内的第二个爆破区，即爆破二区；所述第二列爆破孔和第三列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为500mm，沿隧道轴线方向的孔间距为500mm；

s2.1.4、沿隧道轴线背离盾构方向，从距离第三列爆破孔600mm开始，每间隔600mm设置一列爆破孔，共设置六列爆破孔，沿隧道轴线背离盾构方向每两列爆破孔作为一个爆破区，分别为爆破三区、爆破四区、爆破五区，所述六列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为600mm；

s2.2、布置后续爆破处理区的爆破孔：

s2.2.1、沿隧道轴线背离盾构方向，在距离第一次爆破处理区最后一列爆破孔550mm处设置一列空孔，作为后续爆破处理区爆破前的减振孔，后续爆破处理区内的空孔在垂直隧道轴线方向的孔间距为400mm；

s2.2.2、沿隧道轴线背离盾构方向，在距离后续爆破处理区的空孔550m处开始每间隔750mm设置一列爆破孔，后续爆破处理区内的各列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为750mm；

s3、在爆破孔中盛装炸药：

根据岩体爆破单耗量计算公式得到岩体的单耗量，计算每个爆破区岩体爆破所需的炸药量，平均分配到每个爆破孔内；

s4、开始爆破：

s4.1、在第一次爆破处理区中按照爆破五区、爆破三区、爆破一区、爆破四区和爆破二区的顺序依次进行爆破；

其中，爆破五区、爆破四区、爆破三区、爆破二区中均为远离盾构的一列爆破孔先起爆，靠近盾构的一列爆破孔后起爆，对于每一列爆破孔则是在垂直隧道轴线方向上从中间向两侧起爆；

爆破一区中，爆破孔在垂直隧道轴线方向上从两侧向中间起爆；

s4.2、后续爆破处理区中的各列爆破孔从远离盾构的一列爆破孔开始起爆；每列爆破孔中各个爆破孔的起爆时间间隔为1s。

进一步地，步骤s4.1中，爆破五区、爆破四区、爆破三区、爆破二区中，每一列爆破孔的每个爆破孔起爆时间间隔为1s。

进一步地，步骤s4.1中，爆破一区的每个爆破孔起爆时间间隔为1-2s，且不允许有爆破孔同时起爆。

进一步地，步骤s4中，在爆破前，将盾构的密封仓内部填满浓泥浆。

本发明的有益效果在于：将爆破区域分为第一次爆破处理区和后续爆破处理区，在距离刀盘近的第一次爆破处理区中，通过增加布孔量，减小每个爆破孔炸药量，错开各爆破孔爆破时间的方式，来降低一次性爆破能量过大的问题，避免一次爆破产生的能量过大影响到盾构机械。

附图说明

图1为本发明实施例中爆破区域划分和爆破孔布置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

一种盾构刀盘前孤石爆破处理方法，包括如下步骤：

s1、以盾构的刀盘100前方6000mm为分界线，划分距离刀盘小于或等于6000mm的范围为第一次爆破处理区101，距离刀盘大于6000mm的范围为后续爆破处理区102，如图1所示。即先爆破处理刀盘前方6000mm范围的孤石，然后继续往前爆破处理孤石，同时盾构也开始掘进施工，形成流水作业。

s2、设置爆破孔：

第一次爆破处理区距离刀盘近，为了避免一次爆破产生的能量过大影响到盾构机械，通过增加布孔量，减小每个爆破孔炸药量，错开各爆破孔爆破时间的方式，来降低一次性爆破能量过大的问题。后续爆破处理区距离盾构刀盘较远，相对的孔间距有所增加。

s2.1、布置第一次爆破处理区的爆破孔

s2.1.1、在刀盘100前方600mm(刀盘前端面到空孔圆心的距离)处设置两列空孔103，作为刀盘前减振孔，所述两列空孔103沿隧道轴线方向的孔间距为300mm，垂直隧道轴线方向的孔间距为350mm；

s2.1.2、沿隧道轴线背离盾构的方向，距离空孔400mm处设置第一列爆破孔，作为第一次爆破处理区内的第一个爆破区，即爆破一区104，各个爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距为400mm；

s2.1.3、沿隧道轴线背离盾构的方向，距离爆破一区的爆破孔500mm处设置第二列爆破孔和第三列爆破孔，作为第一次爆破处理区内的第二个爆破区，即爆破二区105；所述第二列爆破孔和第三列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为500mm，沿隧道轴线方向的孔间距为500mm；

s2.1.4、沿隧道轴线背离盾构方向，从距离第三列爆破孔600mm开始，每间隔600mm设置一列爆破孔，共设置六列爆破孔，沿隧道轴线背离盾构方向每两列爆破孔作为一个爆破区，分别为爆破三区106、爆破四区107、爆破五区108，所述六列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为600mm；

s2.2、布置后续爆破处理区的爆破孔：

s2.2.1、沿隧道轴线背离盾构方向，在距离第一次爆破处理区最后一列爆破孔550mm处设置一列空孔109，作为后续爆破处理区爆破前的减振孔，后续爆破处理区内的空孔在垂直隧道轴线方向的孔间距为400mm；

s2.2.2、沿隧道轴线背离盾构方向，在距离后续爆破处理区的空孔550m处开始每间隔750mm设置一列爆破孔，后续爆破处理区内的各列爆破孔在垂直隧道轴线方向的孔间距均为750mm。是否需要再分区可以根据孤石段的长度来决定。在本实施例中，后续爆破处理区中沿隧道轴线背离盾构方向前三列爆破孔划分为爆破六区110，后两列爆破孔划分为爆破七区111。

s3、在爆破孔中盛装炸药：

根据岩体爆破单耗量计算公式得到岩体的单耗量，根据前期勘察得到的孤石岩体体量，计算每个爆破区岩体爆破所需的炸药量，平均分配到每个爆破孔内。

需要说明的是，所述岩体爆破单耗量计算公式为：

q＝q1+q2+q3+q4

式中q1为基本装药量，普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q1＝0.5kg/m3，水下爆破是一般陆地梯段爆破的两倍，对于垂直钻孔，再增加10％。例如普通坚硬岩石的水下钻孔爆破是q1＝1.0kg/m3，水下垂直孔q1＝1.1kg/m3；

q2为爆区上方水压增量，q2＝0.01h2，h2—水深；

q3为爆区上方覆盖层增量，q3＝0.02h3，h3—覆盖层(淤泥或土、砂)厚度；

q4为岩石膨胀增量，q4＝0.03h，h—梯段高度；

s4、开始爆破：

s4.1、在第一次爆破处理区中按照爆破五区、爆破三区、爆破一区、爆破四区和爆破二区的顺序依次进行爆破；

其中，爆破五区、爆破四区、爆破三区、爆破二区中均为远离盾构的一列爆破孔先起爆，靠近盾构的一列爆破孔后起爆，对于每一列爆破孔则是在垂直隧道轴线方向上从中间向两侧起爆；每个爆破孔起爆时间间隔为1s；

爆破一区中，爆破孔在垂直隧道轴线方向上从两侧向中间起爆，因离刀盘近，每个爆破孔的起爆间隔时间为1-2s，且不允许有爆破孔同时起爆，以降低爆破能量的叠加峰值。在本实施例中，具体为上侧爆破孔中距离中间最远的爆破孔先起爆，然后向着中间方向每相隔2s起爆一个爆破孔；上侧爆破孔距离中间最远的爆破孔起爆1s后下侧爆破孔中距离中间最远的爆破孔起爆，并向着中间方向每相隔2s起爆一个爆破孔。在本实施例中，由于爆破孔的数目为单数(17个)，因此下侧爆破孔中距离中间最近的爆破孔和位于中间的爆破孔之间的爆破时间相差1s。

s4.2、后续爆破处理区中的各列爆破孔从远离盾构的一列爆破孔开始起爆；每列爆破孔中各个爆破孔的起爆时间间隔为1s，但因距离刀盘较远，部分孔可以同时起爆。在本实施例中，远离盾构的爆破七区先起爆，靠近盾构的爆破六区后起爆，而在各个爆破区中则是从远离盾构的一列爆破孔开始起爆，每列爆破孔具体从中间起向两侧对称爆破。由于后续爆破处理区距离刀盘较远，因此每列爆破孔中可以设置间隔的孔同时起爆。

在本实施例中，在爆破前，将盾构的密封仓112内部填满浓泥浆，对盾构的钢结构及密封仓背后主轴承起到缓冲保护的作用。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。