一种地下孤石试爆试验装置及使用方法与流程

本发明涉及一种地下孤石试爆试验装置，属于爆破领域。

背景技术：

伴随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，盾构施工技术作为隧道、地铁、城市管线以及越江、跨海等基础设施建设的一种主要施工方法，面临复杂地质情况的挑战越来越多，其中尤其以开挖断面内局部存在的高强度岩体为甚。对于深层掘进中的大块孤石，盾构刀具无法有效破除该高强度岩体；同时由于岩体上部或周围存在软弱地层，人工破除操作困难，因此，需采用爆破对其进行预破碎。在一些环境复杂的作业条件下，常规的破碎方法常常会表现出一些弊端，使得施工难度增大、工作效率低下、作业危险性增加。如何提高破碎效率、控制破碎形态、减小影响范围成为工程爆破领域的一大难题。

聚能切割是一种理想的爆破切割技术，目前对于该技术已经有了一定的研究成果。杨永琦表明了在聚能方向出现了较明显的定向爆破作用。大连理工大学开发了快速切割各类钢筋混凝土、钢结构建筑的线性聚能切割器。季荣生、孙强通过改变炸药参数的方法研究了聚能效应切割石材的效果。李明，张新华分析并讨论了影响聚能切割效果的因素。罗勇、沈兆武对聚能切割药包导致裂缝的形成，裂纹的起始、发展和贯通开展了研究。赵跟、文德钧将环向聚能药包应用在水利水电工程中水平建基面的开挖。肖正学[8]描述了裂纹长度及数目的条件。高文蛟首次提出了定向断裂控制爆破的微观断裂机理。利用聚能技术不仅可以迅速劈裂工程及自然灾害中出现的各种大块岩石及危石，而且能够有效降低爆破危害效应，可以较好地代替机械破碎或钻孔爆破方式，在各类环境特殊区域均可以安全、高效地使用。在城市复杂的施工环境下孤石爆破，常常存在人员、建筑密集，地下市政管线错综复杂，传统的孤石爆破预处理方法产生的爆破灾害(飞散物、振动、土体变位、噪声)难以控制，对周边环境的影响较大。因此，需要一种能更好控制破碎形态，减小爆破灾害的孤石爆破方法。将聚能效应应用于孤石爆破预处理中，如何设计合理的爆破参数，达到所需要的爆破效果是其需解决的关键问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种地下孤石试爆试验装置，通过该装置，可以得到爆破振动质点的速度峰值，根据速度峰值判断爆破危害程度，得出该施工方法是否具有适用性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的地下孤石试爆试验装置，包括至少三个射孔枪，在地下孤石上等距直线设有若干个组炮孔单元，每组炮孔单元包含三个炮孔，每个炮孔内放置有射孔枪，射孔枪内放置有射孔弹，每组炮孔单元中的射孔弹弹药量分别为38g、41g和43g，两端的炮孔的一侧均等间距的设有至少两台测试装置，在两个相邻的炮孔之间设有取芯孔，所述取芯孔的直径为炮孔之间的一半。

作为优选，相邻测试装置的间距为5-5.5m。

作为优选，所述射孔枪外套有pvc管，pvc管的底部设有沉重装置。

作为优选，所述射孔枪包括圆柱形的枪体，在枪体上螺旋的设有若干组通孔，每组通孔包含大通孔以及与大通孔对应设置的小通孔，所述大通孔两侧设有凹槽，通孔内插入射孔弹，射孔弹的顶端顶住小通孔，射孔弹的尾部通过弹簧安装在压紧座上，压紧座的两侧延伸有卡扣，压紧座通过卡扣卡入枪体中。

作为优选，所述压紧座的材料为塑料，卡扣的内壁距离射孔弹外壁的距离为5～8mm。

作为优选，所述射孔弹由主装炸药、弹壳、药型罩，所述药型罩位于弹壳的顶端，主装药位于弹壳内，药型罩的罩顶角为α，α＝40°～50.5°。

作为优选，所述药型罩的壁厚为δ，δ＝(2％～3％)d，d为药型罩口部内径。

一种上述的地下孤石试爆试验装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据现有仪器，测算孤石的体积；

(2)根据孤石体积大小，规划炮孔的分布，并使用打孔机打炮孔；

(3)将射孔枪放置炮孔内，通过导爆索将射孔弹连接；

(4)引爆导爆索，待爆破完成后，通过测量装置得到爆破参数。

有益效果：本发明的地下孤石试爆试验装置，通过该装置，可以得到爆破振动质点的速度峰值，根据速度峰值判断爆破危害程度，得出该施工方法是否具有适用性；pvc管的底部设有沉重装置，沉重装置会克服地下水的浮力，作用效果好，不会由于水的浮力导致射孔枪运动不到合适位置。

附图说明

图1为炮孔的布置示意图。

图2为射孔枪的结构示意图。

图3为本发明中枪体的结构示意图。

图4为本发明中安装座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的地下孤石试爆试验装置，包括至少三个射孔枪1，在地下孤石上等距直线设有若干个组炮孔单元，每组炮孔单元包含三个炮孔11，每个炮孔11内放置有射孔枪1，射孔枪内放置有射孔弹，每组炮孔单元中的射孔弹弹药量分别为38g、41g和43g，每个炮孔中的射孔弹规格一致，两端的炮孔11的一侧均等间距的设有至少两台测试装置13，测试装置13为中科4850型仪器，相邻测试装置13的间距为5-5.5m，在两个相邻的炮孔11之间设有取芯孔12，所述取芯孔12的直径为炮孔11之间的一半。

在本发明中，所述射孔枪1外套有pvc管10，pvc管10的底部设有沉重装置8。沉重装置8位于凹槽块9内，射孔枪的顶部通过炮泥6密封，炮泥6位于顶部密封装置7内。所述射孔枪1包括圆柱形的枪体，在枪体上螺旋的设有若干组通孔，每组通孔包含大通孔以及与大通孔对应设置的小通孔，所述大通孔两侧设有凹槽，通孔内插入射孔弹2，射孔弹2的顶端顶住小通孔，射孔弹2的尾部通过弹簧5安装在压紧座4上，压紧座4的两侧延伸有卡扣3，压紧座4通过卡扣3卡入枪体中。

在本发明中，所述压紧座4的材料为塑料，卡扣3的内壁距离射孔弹2外壁的距离为5～8mm。所述射孔弹2由主装炸药、弹壳、药型罩，所述药型罩位于弹壳的顶端，主装药位于弹壳内，药型罩的罩顶角为α，α＝40°～50.5°。所述药型罩的壁厚为δ，δ＝(2％～3％)d，d为药型罩口部内径。

工程试验场地位于厦门地铁思明区文园路(将军祠)施工区间，其地下9.8～12.2m处存在孤石，13～14.7m存在基岩侵入。试验将设计用于孤石爆破的聚能装药结构放入炮孔内起爆切割岩体。射孔枪1尺寸为长1.05m，直径为65mm。为了防止地下水对装药结构造成影响，把装药弹架装入1.5m长，直径为90mm的pvc管10中，管两端密封，并装入砂土配重克服地下水浮力，以便此聚能装药结构顺利安全到达指定位置。试验设一排6炮孔，孔间距为600mm，炮孔深度为14.7m，并设置5个爆破振动监测点。每个炮孔放入一个射孔枪1，射孔枪1装置16枚聚能弹，由导爆索传爆，每枚聚能弹药量为43g，单个弹架总药量为688g，依次对6个炮孔间隔50ms进行起爆，爆后进行钻孔取芯。五个测点测得的速度峰值如表1所示。

表1爆破振动质点速度峰值

注：1、其中ch1为径向方向，ch2为切向方向，ch3为垂直方向。

现场初步试验结果表明，此聚能装药结构用于孤石爆破时，爆破裂缝易控制，造成的爆破灾害小。试验结果验证了理论分析的正确性，表明此施工方法在某些复杂的施工环境下，具有一定的适用性，在城市复杂环境的盾构施工孤石爆破预处理中，拥有良好的前景。

一种上述的地下孤石试爆试验装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据现有仪器，测算孤石的体积；

(2)根据孤石体积大小，规划炮孔的分布，并使用打孔机打炮孔；

(3)将射孔枪放置炮孔内，通过导爆索将射孔弹连接；

(4)引爆导爆索，待爆破完成后，通过测量装置得到爆破参数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。