专利摘要

本发明公开了一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法，涉及工程爆破技术领域，超小净距中夹岩柱宽度为0.5～1.0m。该方法具体为：(1)将后行洞分为四部两平台分次开挖，从时空分布上遵循从远端到近端、先上部后下部的原则，距中夹岩最远岩体先开挖，并确保岩柱近区爆破时始终为三临空面；(2)根据每个分区与保护岩柱距离采用不同爆破技术：对距保护岩柱较远的首挖区，掏槽孔设置在远离岩柱一侧的偏心位置，岩柱近区和掏槽眼逐孔起爆，其余炮孔多段起爆；距保护岩柱最近区(II区)开挖时，现场装药量计算采用本发明独创方法(不同位置空间单孔振动曲线重构结合微差振动合成)；采用数码‑非电雷管混合起爆网络；距保护岩柱最近的周边眼实施逐孔起爆‑水压爆破；关键部位孔内分段和空孔降振。本发明满足超小净距岩柱保护要求前提下可保证正常进尺。

权利要求

1.一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法，超小净距中夹岩柱宽度为0.5～1.0m，超小净距隧道按照开挖时间顺序分为先行洞和后行洞，其特征在于，包括：

(1)确定超小净距隧道后行洞开挖分区：

将超小净距隧道后行洞分为上下两平台四部开挖，同一开挖平台分为远离中夹岩侧及靠近中夹岩侧两部分开挖，从时空分布上遵循距岩柱先远端后近端、先上部后下部的开挖原则；首爆区为上部平台远离岩柱侧，需掏槽、扩槽、周边眼逐次爆破形成空间，其余开挖区具有至少两个以上临空面，故采用台阶爆破方式；

(2)同一开挖平台中，靠近中夹岩侧的爆破岩体底部最大宽度设置为该平台开挖断面总宽度1/5；

(3)首爆区爆破：远离中夹岩侧的首爆区掏槽孔设置在尽可能远离岩柱一侧的偏心位置，各炮孔爆破技术如下：

1)总体爆破网络采用数码雷管-非电雷管混合起爆方式，掏槽为数码雷管逐孔毫秒延时起爆；

2)辅助眼采用导爆管雷管多孔同段起爆，孔外用数码雷管延时控制孔内起爆时间；

3)周边眼爆破网络分两层次设计：第一层次是距离保护岩柱最近一侧周边眼采用数码雷管逐孔毫秒延时起爆，并在其中保护岩柱最近处的中下部周边眼降低单孔药量，减小孔距；第二层次，其它部位周边眼采用导爆管雷管多孔同段起爆，以孔外数码雷管延时控制孔内非电雷管起爆总延时；

4)底板孔采用数码雷管逐孔延时起爆；

(4)距离保护中夹岩柱最近的上开挖平台靠近中夹岩侧部分，采用如下精细控制爆破方法：

1)开挖时根据炮孔至被保护中夹岩的距离采取自上而下、由远及近的起爆顺序进行爆破；

2)现场装药量通过不同位置空间单孔振动曲线重构结合微差振动合成进行计算；

3)距中夹岩最近的中下部周边孔及底板孔构成的关键部位采用水压爆破结合数码雷管逐孔精确延时技术减少爆破损伤，上部周边孔及其它孔构成的非关键部位采用导爆管雷管多孔同段起爆；

4)在距岩柱最近区段的周边孔外侧增加空孔交错布设减振，隔绝爆炸振动波和爆破裂隙对岩柱的影响；距中夹岩最近的底板孔采用孔内分段装药，降低同段药量降振。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，增加空孔爆破孔交错布设减振及孔内分段装药降低同段药量降振的区段为岩柱宽度范围0.5m～1.0m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对中夹岩柱不采取特别保护措施下，采用所述方法能够确保小净距隧道最小仅0.5m宽岩柱的安全。

说明书

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，具体涉及一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法，特别适用于小净距中夹岩柱最小宽度仅0.5m以上的隧道爆破施工。

背景技术

超小净距隧道爆破的重点和难点是中夹岩柱在爆破施工时不被破坏。目前主要技术途径为：(1)降低同段起爆药量。采用数码电子雷管逐孔起爆、将断面分多次开挖或减少进尺以弥补普通雷管段数不足等；(2)专门针对小净距的控制爆破技术：如在后行洞靠近已有隧道一侧先预裂(或双层预裂)再掏槽、预裂+光面爆破和预留光爆层爆破技术等。上述方法存在的问题是：有的技术成本较高；有的技术分步多工序交接繁琐、进尺低、作业时间长；且仅适用于4.0～20m小净距隧道。需指出的是，中夹岩宽度小于1m的隧道如仅用以上方法爆破振动仍然较大(据统计岩柱处振速均大于14cm/s)，除非另加特殊防护措施，现有爆破技术无法确保0.5～1.0m超小净距岩柱的安全。另外爆源超近距下的药量计算方法、数码雷管-非电雷管防拒爆网络设计等缺乏定量化研究甚至研究为空白，这些严重制约施工效率和隧道精确控制爆破技术的发展。

发明内容

针对上述技术难题，本发明提供了一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法，针对宽度为0.5～1.0m的小净距中夹岩柱提出了小净距若干台阶多步开挖的方案。本发明采用数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路和多种精细控制爆破技术相结合的方法，在满足隧道振速的要求下，实现对超小净距隧道中夹岩柱的有效保护。本发明针对超小净距隧道中夹岩柱的保护，能够很好地控制隧道爆破振动效应，提高隧道开挖效率，满足施工进度的要求。

根据本发明的技术方案，提供了一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法，该方法包括：

(1)超小净距隧道后行洞开挖分区的确定

开挖时间顺序上，小净距段隧道分为先行洞和后行洞，先行洞开挖时并不存在中夹岩的保护问题，但后行洞施工就必须考虑爆破对中夹岩柱的破坏影响，考虑到自由面对爆破振速控制的影响，将超小净距隧道后行洞分为若干平台(一般为2～3个平台)分步开挖。同一开挖平台分为远离中夹岩侧及靠近中夹岩侧两部分，远离中夹岩一侧先开挖，靠近中夹岩一侧后开挖，两侧均采用数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路。

(2)同一平台靠近中夹岩一侧预留岩体底部最大横向宽度的确定

设置同一平台靠近中夹岩一侧预留岩体底部最大横向宽度为该平台开挖断面宽度1/5，确保在开挖过程中，能合理布置炮孔。

(3)同一平台远离中夹岩一侧数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路设计

远离中夹岩一侧开挖时，如设计有掏槽区，则采取偏离中心掏槽的方式，将掏槽区域设置在远离中夹岩柱位置；

1)掏槽孔采用数码雷管毫秒延时起爆技术，严格控制单段最大药量，减小掏槽爆破振动对中夹岩的损伤；

2)辅助孔采用导爆管雷管起爆，多孔一段，导爆管雷管段别有限，采用孔外数码雷管延期增加段别；

3)周边孔分两层次设计：第一层次是距中夹岩最近一侧的周边孔采用数码雷管逐孔毫秒延时起爆，特别的，中下部周边孔是中夹岩保护区，降低单孔药量，减小孔距；第二层次，其它周边孔采用导爆管雷管起爆，多孔一段，孔外采用数码雷管延时控制孔内起爆时间；

4)底板孔采用数码雷管毫秒延时起爆技术。

(4)同一平台靠近中夹岩一侧开挖时采用精细控制爆破技术

靠近中夹岩一侧与中夹岩直接相接，是小净距段爆破的核心和关键所在，不同技术实施区段较远离中夹岩一侧划分更细、控制更为严密，采用多种精细爆破技术。

1)利用新爆临空面降振的爆破方案

开挖时，按照炮孔至被保护中夹岩的距离自上而下、由远及近的起爆顺序进行爆破。远离中夹岩一侧爆破后，靠近中夹岩一侧因临空面增大降振作用显著。距中夹岩最近的底板孔爆破时为克服底部夹制力药量增强，该孔距中夹岩最近，因此起爆顺序为周边孔从上到下爆破，底板孔从距离中夹岩最远炮孔的起爆，距中夹岩最近的底板孔最后起爆。

2)靠近中夹岩一侧数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路设计

为兼顾降振-经济成本的平衡，关键部位(距中夹岩最近的中下部周边孔及底板孔)采用数码雷管逐孔逐段起爆，非关键部位(上部周边孔及其它孔)采用导爆管雷管多孔同段爆破。取得了良好的降振效果。

3)数码雷管-水压爆破降振方案设计

距中夹岩最近的中下部周边孔及底板孔，采用水压爆破结合数码雷管精确延时技术，不仅降低了爆破振动，而且中夹岩柱壁面光滑完整。

4)关键部位的隔振空孔与孔内分段装药技术

关键部位的周边孔外侧增加空孔，隔绝爆炸振动波和爆破裂隙对岩柱的影响；距中夹岩最近的底板孔采用孔内分段装药以减少同段起爆药量。

本发明的有益效果：

1)研究并形成具有先进性与创新性的小净距开挖分区。分区围绕降低爆破对岩柱损伤而确定，从开挖步序设置、孔位布置上有效降低了爆破振动。

2)设计了先进的数码雷管-导爆管雷管起爆网络，从根本上杜绝以前同类技术在孔外延期炸断网络的重大缺陷，并兼顾了精确控制与成本的要求。

3)解决了以往小净距隧道施工进尺短、振速大的问题，实现了高标准的振速控制指标。

4)根据小净距段中夹岩柱的大小，设计了不同的爆破技术方案，特别是全新的精细控制爆破技术，综合了数码雷管精确延时、新型水压爆破、隔孔降振技术以及爆破参数设计新方法。在国内外第一次真正完整保留了0.5m宽的岩柱，对我国超小净距隧道在开挖施工方法的选择上提出了新的思路，实现了超小净距隧道快速施工，对隧道开挖的安全性和施工效率的提高有重要工程意义。

附图说明

图1为莲塘隧道分岔部平面图；

图2为小净距隧道后行洞开挖步序图；

图3为I区数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路图；

图4为I区爆破布孔、药量设计图；

图5为I区混合起爆振动曲线图；

图6为II区精细爆破设计图；

图7为II区精细爆破振动曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施案例并配合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例

根据本发明的一个实施例，该爆破方法具体为：(1)将后行洞分为四部两平台分次开挖，从时空分布上遵循从远端到近端、先上部后下部的原则，距中夹岩最远岩体先开挖，并确保岩柱近区爆破时始终为三临空面；(2)根据每个分区与保护岩柱距离采用不同爆破技术：对距保护岩柱较远的首挖区，掏槽孔设置在远离岩柱一侧的偏心位置，岩柱近区和掏槽眼逐孔起爆，其余炮孔多段起爆；距保护岩柱最近区(II区)开挖时，现场装药量计算采用本发明独创方法(不同位置空间单孔振动曲线重构结合微差振动合成)；采用数码-非电雷管混合起爆网络；距保护岩柱最近的周边眼实施逐孔起爆-水压爆破；关键部位孔内分段和空孔降振。本发明满足超小净距岩柱保护要求前提下可保证正常进尺。

现根据深圳市东部过境高速公路莲塘隧道左线分岔部小净距段开挖工程对该发明方法作详细的说明，但本发明并不局限于该实施案例。

深圳市东部过境高速公路莲塘隧道左线分岔部平面图如图1所示，小净距段桩号K1+800～K1+880.459，相对应中夹岩柱宽度为15m～0.5m，为世界最小净距公路隧道。按照以往的爆破技术无法确保0.5m中夹岩柱的安全，也就无法在安全控制指标下实现高效施工。为此通过现场勘测、实地考察和方案讨论，以传统的新奥法隧道施工方法为依托，提出了小净距两台阶四步开挖的方案，并采用多种精细爆破技术，既保障了中夹岩的稳定性，也提高了隧道的施工安全。具体实施步骤如下：

(1)超小净距隧道后行洞开挖分区的确定

从开挖时间顺序上，小净距段隧道分为先行洞和后行洞，先行洞开挖时按正常爆破即可，但后行洞施工就必须考虑爆破对中夹岩柱的破坏影响，因此将后行洞分为远离中夹岩侧及靠近中夹岩侧。如图2所示，远离中夹岩侧包含上台阶I区、下台阶III区，靠近中夹岩侧包含上台阶II区、下台阶IV区。按照I→II→III→IV的顺序进行开挖，I区开挖时，由于距离中夹岩较远，爆破振动要求相对较低，需要注意将掏槽爆破设置在尽量远离中夹岩的位置；I区全部开挖完成后再采用隧道精细控制爆破技术开挖II区，而此时该部至少有两个临空面，爆破条件有利，若炮孔布置合理，能有效降低振动速度。下台阶III区开挖可紧随上台阶II区开挖，下台阶落后上台阶5～10m。最后开挖下台阶IV区。

需要指出的是，该方案是从整体开挖环境出发，步序简单，空间利用合理，在整个开挖过程中，无需改造台车，直接用两车道开挖台车即可进行钻孔作业，节约了开挖时间和成本。由于该“超大断面-超小净距段”情况复杂，采用上述开挖方案较为稳妥，可将爆破重点难点区域和非重点难点区域分隔开来，一次成型，重点防护。

(2)II区预留岩体底部最大横向宽度的确定

II区开挖时，已形成双临空面，根据工程经验和炮孔布置原则，设置II区预留岩体底部最大横向宽度为3.0m，以确保在开挖过程中，能合理布置炮孔。当宽度小于3.0m时，只能布置一排炮孔，此时最小抵抗线大于1m，因此单孔装药量增大，爆破振动大；当宽度大于3.0m时，炮孔数目增加，单段起爆药量增加，同时，也增加施工复杂程度。因此，当宽度等于3.0m时，为最合理取值，不仅能对中夹岩起到保护作用，同时可以合理布孔，整个断面毛洞宽为15.74m，此时预留岩体底部最大横向宽度约为整个开挖断面宽度的1/5。

(3)基于保护中夹岩柱的I区数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路设计

Ⅰ区开挖是从大里程向小里程推进，爆源距岩柱距离由近变远，因此不同位置爆破时的损伤控制指标也有所不同。故根据中夹岩宽度将小净距隧道区段沿推进方向划分为两个区间，分别采用两种爆破技术及对应的振动控制标准。

①SLK1+869～879段为爆破振动严控区。该区中夹岩柱宽0.5m～3.7m，爆破施工采用数码雷管+导爆管雷管混合起爆新技术，安全控制指标为：距爆源20m处隧道测点振速小于2.0cm/s；

设计前5个循环的循环进尺2m，也即当中夹岩柱宽2.1m的桩号作为爆破控制技术转换点：采用以控制爆破振动对围岩损伤；SLK1+869～819采用普通光面爆破技术。

②SLK1+819～869为爆破振动一般控制区。区段内中夹岩柱宽3.7～13.8m，采用导爆管雷管起爆和常规爆破技术，距爆源20m处测点控制振速5.0cm/s。

1)掏槽孔爆破设计

根据以前研究结果，峰值振速多出现在掏槽区，故掏槽区采用数码雷管逐孔毫秒延时起爆，以减少同段起爆药量，最大限度降低爆破振动。并且同对炮孔起爆时，设计远离中夹岩炮孔先起爆以尽量创造临空面；在考虑打眼台车钻孔限位前提下，掏槽区尽量向远离中夹岩方向移动以降低振动。图3是Ⅰ区炮孔起爆网路图，图4是Ⅰ区布孔位置和药量图。

2)辅助孔爆破设计

辅助孔起爆时，第二临空面已经形成，设计辅助孔采用导爆管雷管起爆，2孔或4孔一段。导爆管雷管段别有限，采用孔外数码雷管延期增加段。

3)周边孔爆破设计

周边孔分两层次设计：第一层次是距中夹岩最近一侧的周边孔采用数码雷管逐孔毫秒延时起爆，中下部周边孔是中夹岩保护区，单孔药量0.6kg，孔距0.45m，上部周边孔单孔药量0.9kg，孔距0.5m；第二层次，其它周边孔采用导爆管雷管起爆，5～6孔一段，孔外采用数码雷管延时控制孔内起爆时间。

4)底板孔采用数码雷管毫秒延时起爆技术。

在5个循环采用上述爆破技术后，经实测距爆源20m处测点振速均控制在2.0cm/s以下，图5是实测典型爆破振动曲线图。

(4)II区精细控制爆破技术确定

II区与中夹岩直接相接，是小净距段爆破的核心和关键所在，不同技术实施区段较I区划分更细、控制更为严密。

常规光面爆破技术应用区：采用常规光面爆破技术，区段桩号SLK1+819～859，中夹岩宽13.8～5.5m，循环进尺4m；此处中夹岩柱相对较厚，且因Ⅰ区已爆形成临空面，爆破条件较好，故采用常规光面爆破技术。考虑到被爆体最多只能布设3排炮孔，设计采用3个段别导爆管雷管起爆，周边孔采用光面爆破即可保证中夹岩安全。

精细控制爆破技术应用区：综合应用数码雷管-导爆管雷管起爆、水压爆破、隔振孔、孔内分段爆破等多种精细爆破技术，区段桩号SLK1+859～879，中夹岩宽5.5～0.5m。根据爆破时岩柱宽度变化选择不同循环进尺：桩号SLK1+859～864循环进尺2.5m；桩号SLK1+864～873循环进尺1.5m；桩号SLK1+873～879循环进尺1.0m。

1)利用新爆临空面降振的爆破方案

根据前期研究成果，爆破时新增一个临空面，振速将下降50％以上。由图6可知，起爆顺序是自上向下、由远及近。因为首爆孔位于爆区上部，距中夹岩较远，爆破对保护岩柱损伤较小，且首爆孔可利用重力作用适当减小药量，因此自上向下爆破，爆区下部爆破时有三个临空面可进一步降振；当距中夹岩较远的外部爆破后，最内侧也因临空面增大降振作用显著。

另外鉴于距中夹岩最近的底板孔爆破时为克服底部夹制力药量增强，距中夹岩最近，因此起爆顺序为周边孔从上到下爆破，底板孔从距离中夹岩最远炮孔的起爆，距中夹岩最近的底板孔最后起爆，该孔起爆时已经形成了多面临空状态，这样爆破振动会显著下降。

2)II区数码雷管-导爆管雷管混合起爆网路设计

为兼顾降振-成本的平衡，在非关键部位(被爆岩体远离中夹岩的第1、2排孔)采用导爆管雷管多孔同段爆破，关键部位(距中夹岩最近的中下部周边孔和底板孔)数码雷管逐孔逐段起爆，取得了良好的降振效果。

3)数码雷管-水压爆破降振方案设计

在图6中距中夹岩最近的中下部周边孔及底板孔，首次采用水压爆破结合数码雷管精确延时技术，不仅降低了爆破振动，而且中夹岩柱壁面光滑完整。

4)关键部位的隔振空孔与孔内分段装药技术

关键周边孔外侧增加了孔深1m、孔距0.4m的空孔，隔绝爆炸振动波和爆破裂隙对岩柱的影响；距中夹岩最近的底板孔采用孔内分段装药以减少同段起爆药量，孔内延期时间30ms。距爆源3m测点振速变化范围为1.11cm/s～2.89cm/s，全部达到内控安全指标，现场岩柱光滑完整。

在整个Ⅱ区开挖中，实现所有爆破均进行了振动监测，监测数据表明：距爆源3m测点振速变化范围为1.11cm/s～2.89cm/s，全部达到内控安全指标，现场岩柱光滑完整，如图7是典型爆破振动曲线图。

Ⅲ区爆破前较大临空面已形成，Ⅲ区爆完再向Ⅳ区推进时控制较容易，现场实测爆破振速均达标且爆破效果很好，在此不再赘述。

(5)本发明在莲塘隧道分岔部小净距段爆破工程的应用情况

本发明在莲塘隧道分岔部小净距段爆破开挖中已经成功应用，在施工现场的多次爆破中，爆破振速全部满足该工程段爆破安全振速要求，且Ⅱ区中夹岩0.5～5.5m段爆破时，爆源3m处振速全部小于3cm/s，创造了新的国内记录。本发明涉及到保护隧道超小净距中夹岩柱(0.5～1.0m)的爆破施工方法的主要特征是：首创小净距段后行洞两台阶四步开挖法；确定II区预留岩体的宽度约为整个开挖断面宽度的1/5；根据被保护中夹岩柱的厚度将小净距段划分为爆破振动一般控制区、爆破振动严控区，分别采取导爆管雷管起爆和常规爆破技术、数码雷管-导爆管雷管混合起爆新技术；II区爆破关键部位(靠近中夹岩柱的炮孔)采用国内外首创数码雷管-水压爆破新技术；隔振空孔与孔内分段延期装药技术。

本发明所依托的工程为深圳市东部过境高速莲塘隧道左线分岔部小净距段工程，通过反复研究和现场探索，提出了后行洞两平台四部开挖施工方案，根据每个分区与保护岩柱距离采用不同爆破技术，创立了关键部位药量计算新方法，即根据不同位置空间单孔振动曲线重构计算微差振动合成；建立了防止炸断数码雷管-非电雷管孔内外微差网络的时差设计方法；构建了关键部位逐孔起爆-水压爆破-光面爆破和孔内分段、空孔降振综合技术，创造了距爆源3m处岩体振速小于3cm/s的纪录，平均进尺达2m；首次完整保留下最小宽度仅0.5m的中夹岩柱，本方法可在今后超小净距隧道爆破施工中应用。

以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。

一种保护隧道超小净距中夹岩柱的精准爆破方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。