本專利屬于隧道工程爆破，具體是指一種軟弱圍巖隧道周邊孔空孔導(dǎo)向超欠挖控制爆破施工方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)階段，鉆爆法仍是隧道工程開挖的主要施工方式，而在軟弱巖體地層進(jìn)行隧道爆破開挖過程中由于圍巖力學(xué)性質(zhì)差，常出現(xiàn)開挖輪廓面成型質(zhì)量差的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，增加生產(chǎn)成本，而且對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至危及施工人員的生命安全。

2、目前，關(guān)于隧道爆破開挖超欠挖控制，關(guān)鍵在于減小周邊孔外插角和提高周邊孔孔間爆生裂紋貫通的平整度，關(guān)于減小周邊孔外插角主要以提高鉆孔精度為主，而提高提高周邊孔孔間爆生裂紋平整度則與周邊孔鉆孔參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?，F(xiàn)階段，改變周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)，例如采用聚能藥包、切縫藥包等不僅操作復(fù)雜且大幅提高爆破開挖成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的現(xiàn)有技術(shù)中隧道爆破開挖超欠挖控制的方法操作復(fù)雜且大幅提高爆破開挖成本的問題。

2、本發(fā)明采用如下方案：一種軟弱圍巖隧道周邊孔空孔導(dǎo)向超欠挖控制爆破施工方法，包括如下步驟：

3、s1、根據(jù)隧道地勘報告和掌子面超前地質(zhì)預(yù)報數(shù)據(jù)，確定圍巖等級和爆破循環(huán)進(jìn)尺；

4、s2、基于隧道圍巖等級，設(shè)計隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，確定周邊孔孔距及裝藥量：周邊裝藥孔孔距選擇為5-20倍炮孔直徑，裝藥量根據(jù)圍巖等級確定，且周邊裝藥孔安裝同段雷管，保證同時起爆；

5、s3、基于隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，采用鑿巖設(shè)備隨車移動電腦內(nèi)置炮孔設(shè)計軟件繪制炮孔布置圖，將炮孔布置圖上傳至鑿巖設(shè)備操作設(shè)備中；鑿巖設(shè)備操作人員按照炮孔布置圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)；

6、s4、鑿巖設(shè)備鉆孔完畢后，對周邊孔進(jìn)行隔孔裝藥，并通過分析巖石的應(yīng)力狀態(tài)、沖擊壓力、破壞準(zhǔn)則初步計算裝藥周邊孔與不裝藥空孔之間的間距l(xiāng)；參照間距l(xiāng)，在裝藥周邊孔之間布置不裝藥空孔，以達(dá)到空孔導(dǎo)向周邊孔孔間爆生裂紋定向擴展的目的；

7、s5、檢測掌子面炮孔裝藥作業(yè)合格后，進(jìn)行雷管聯(lián)網(wǎng)，確保安全警戒后，進(jìn)行爆破；

8、s6、根據(jù)隧道爆破效果以及鑿巖設(shè)備鉆孔日志，動態(tài)調(diào)整周邊孔間距及裝藥量，在此基礎(chǔ)上更新隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，并重復(fù)步驟s3～s5，直至隧道爆破超欠挖值達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，即可確定出與軟弱圍巖相匹配的最優(yōu)隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，并按照最優(yōu)隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)進(jìn)行施工。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s3中鑿巖設(shè)備操作人員按照炮孔布置圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)并在鉆取隧道周邊孔時，周邊孔外插角取2.5°～7.5°。

10、進(jìn)一步地，所述步驟s4中，因拱腳處的巖石較難爆出，拱腳的底板孔角度會稍向下偏，為保證拱腳上方的邊墻不會欠挖，所以拱腳處的最外側(cè)周邊孔裝藥過程中，應(yīng)將一側(cè)拱腳的第一個周邊孔作為裝藥孔6，第二個孔作為導(dǎo)向空孔7，以此類推，直至到另一側(cè)拱腳的周邊孔；其它開槽孔和輔助孔均正常裝藥。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s6中，動態(tài)調(diào)整周邊孔間距及裝藥量原則是：當(dāng)圍巖爆破超挖值較大時，增大周邊裝藥孔孔距或減小裝藥量，當(dāng)圍巖出現(xiàn)爆破欠挖時，減小周邊裝藥孔孔距或增大裝藥量。

12、進(jìn)一步地，所述步驟s4中分析巖石的應(yīng)力狀態(tài)、沖擊壓力、破壞準(zhǔn)則初步計算裝藥周邊孔與不裝藥空孔之間的間距l(xiāng)的方法包括：

13、(1)建立考慮導(dǎo)向孔情況下的徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力及剪切應(yīng)力模型進(jìn)行應(yīng)力分析；

14、

15、上式中k＝rb/r′，rb為空孔半徑，r’為巖石質(zhì)點到空孔中心的距離。σr、σθ分別為巖石中某點處的徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力；σrr為導(dǎo)向孔產(chǎn)生應(yīng)力集中后的徑向應(yīng)力，mpa；σθθ為導(dǎo)向孔產(chǎn)生應(yīng)力集中后的切向應(yīng)力，mpa；τrθ為導(dǎo)向孔產(chǎn)生應(yīng)力集中后的剪切應(yīng)力，mpa；θ為巖石質(zhì)點與炸藥孔和空孔構(gòu)成的夾角。

16、(2)計算質(zhì)點在空孔孔壁上以及不耦合裝藥時，炮眼壁上的沖擊壓力，建立巖石破壞條件的破壞準(zhǔn)則；

17、(3)結(jié)合(1)、(2)中應(yīng)力分析、破壞準(zhǔn)則，進(jìn)行裝藥孔與空孔間距l(xiāng)計算；

18、進(jìn)一步地，所述計算質(zhì)點在空孔孔壁上以及不耦合裝藥時，炮眼壁上的沖擊壓力，建立巖石破壞條件的破壞準(zhǔn)則的方法具體為：

19、公式2中，當(dāng)θ＝0或θ＝180°時，徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力及剪切應(yīng)力為最大值。在實際鉆孔過程中，一般空孔和裝藥孔孔徑相同，因此當(dāng)質(zhì)點在空孔孔壁上時，k＝rb/r′＝1，此時σrr＝0，τrθ＝0，σθθ＝3σθ+σr，由得，θ＝0，則可知最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在兩炮孔連線上；根據(jù)爆破原理，采用不耦合裝藥時，炮眼壁上的沖擊壓力為：

20、

21、式中：ρ0為炸藥密度；d為炸藥爆速；dc、db分別藥卷直徑、炮眼直徑；n為爆轟產(chǎn)物撞擊炮眼壁壓力增大系數(shù)。

22、巖石在切向拉應(yīng)力σθ作用下，產(chǎn)生拉斷裂隙的條件為：σθ≥std，std為巖石的動態(tài)抗拉強度。

23、進(jìn)一步地，所述結(jié)合(1)、(2)中應(yīng)力分析、破壞準(zhǔn)則，進(jìn)行裝藥孔與空孔間距l(xiāng)計算的方法具體為：

24、裝藥孔與空孔間區(qū)域巖石質(zhì)點破壞采用最小拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則，同時該準(zhǔn)則采用了巖石動態(tài)拉伸強度值；其中，裂隙區(qū)半徑rk及裝藥孔與空孔間距l(xiāng)計算公式為：

25、

26、2rbpb＝(l-2rk)std?(公式6)

27、式中：pa為爆壓，di為炸藥的理想爆速；pb為爆炸氣體充滿炮眼時的準(zhǔn)靜壓力；rb為空孔半徑；vc為裝藥體積；vb為炮眼體積；k為凝聚炸藥的絕熱指數(shù)，取為1.4；h為凝聚炸藥的等熵指數(shù)，取為3；pk為爆生氣體膨脹過程臨界壓力，近似取100mpa，a為應(yīng)力波衰減指數(shù)，b為切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力的比值，v為泊松比。

28、進(jìn)一步地，所述鑿巖設(shè)備為鑿巖臺車。

29、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

30、(1)本發(fā)明的軟弱圍巖隧道周邊孔空孔導(dǎo)向超欠挖控制爆破施工方法，充分利用空孔對周邊孔爆生裂紋的導(dǎo)向作用，有效控制周邊孔孔間爆生裂紋沿著炮孔連心線擴展貫通，進(jìn)而提高隧道爆破開挖輪廓面的平整度，在減少周邊孔炸藥及雷管用量的同時有效控制超欠挖，并降低爆破開挖對圍巖的擾動，有效減少軟弱圍巖掉塊等情況，提高后續(xù)施工作業(yè)的安全性和工作效率，能夠有效節(jié)約成本并縮短工期。

31、(2)本發(fā)明的軟土路基沉降觀測裝置及沉降觀測控制方法，通過初步計算裝藥周邊孔與不裝藥空孔之間的間距l(xiāng)，并根據(jù)上一循環(huán)的爆破效果以及鑿巖設(shè)備鉆孔日志，動態(tài)調(diào)整周邊孔間距及裝藥量，在此基礎(chǔ)上更新隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，并將炮孔布置圖重新導(dǎo)入鑿巖設(shè)備進(jìn)行鉆爆施工，直至隧道爆破超欠挖值達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，即可確定出與軟弱圍巖相匹配的最優(yōu)隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)，提高了得到最優(yōu)隧道周邊孔中空導(dǎo)向鉆孔爆破參數(shù)的效率。

32、(3)本發(fā)明的軟土路基沉降觀測裝置及沉降觀測控制方法，采用鑿巖臺車進(jìn)行鉆孔作業(yè)，可將鉆孔作業(yè)人數(shù)從10人以上降至2-3人，能夠有效節(jié)約人力并提升鉆孔效率，夠保證周邊孔布孔位置、間距的鉆孔精度和外插角的均勻性，同時可有效避免對軟弱圍巖進(jìn)行人工鉆孔時，掌子面掉塊等風(fēng)險，提高了隧道鉆孔作業(yè)的安全性。