[发明专利]一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法

说明书

技术领域

本发明属于工程施工领域，涉及一种爆破震动受限的岩石隧道开挖支护技术。

背景技术

高速铁路附近或交叉或接近的新建中短长度岩石隧道施工过程中爆破震动受限，而机械切削(大型隧道掘进机)开挖代价太高、轻型隧道掘进机和液压劈裂效率太低或挖不动硬岩，很难满足高速铁路附近或交叉或接近的新建中短长度岩石隧道施工的经济与效率问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法。

一种爆破震动受限的岩石隧道开挖方法，步骤如下：

S1：采用潜孔钻在隧道周边内圈钻类似蜂窝煤的梅花形孔,然后采用撞击锤撞击梅花形孔，击碎梅花形孔壁岩石，完成循环开挖隧道内圈岩石；

S2：隧道周边岩石采用风钻打孔，劈裂爆破，完成岩石隧道开挖。

作为优选，所述的梅花形孔的开挖的密度和撞击锤撞击能量的确定方法如下：

S101：根据下式确定撞击锤撞击梅花形孔的撞击能量E，计算公式为：

其中：V_min为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；K为地质条件影响系数；E为撞击能量；R为测点与冲击点距离；f为冲击频率；m为冲击能增加时冲击振动的变化指数；n为冲击振动随距离增大的衰减指数；α为冲击频率变化指数；

S102：在确定撞击能量E值条件下，试验调整隧道内梅花形孔开挖的密度，以改变打孔后撞击面的剩余岩石面积，达到开挖要求。

作为优选，所述的劈裂爆破的单段装药量Q值根据以下公式计算：

式中：V_min为隧道临近建筑物允许控制地表振动速度值；k地形条件系数；R离爆点距离(m)；α地质条件系数；

在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石劈裂层厚度，达到一次安全开挖隧道周边岩石。

本发明的理论依据如下：

根据隧道岩石开挖耗能引起临近建筑物振动公式：

V_MAX＝V₁+V₂+V₃+V₄≤V_min (1.1)

式(1.1)中，V₁为隧道内潜孔钻钻2m深梅花形孔耗能起引起临近建筑物振动速度值，其量值小，一般可忽略不计；V₂为隧道内机械撞击破碎梅花形孔壁岩石耗能引起临近建筑物振动速度值；V₃为隧道内周边岩石劈裂爆破耗能引起临近建筑物振动速度值；V₄为隧道内其它作业耗能引起临近建筑物振动速度值，其量值小，一般可忽略不计；V_MAX为隧道内岩石开挖耗能引起临近建筑物振动速度值总和；V_min为隧道临近建筑物允许控制振动速度值。隧道内岩石开挖中撞击、爆破是分开进行的，因此，控制隧道内岩石开挖引起临近建筑物振动速度只需控制V₂、V₃，而V₂、V₃可以根据岩石硬度采用公式(1.2)、(1.3)试验调整隧道内梅花形孔壁横截面积和隧道周边岩石劈裂层厚度，使得公式(1.1)V_MAX＝V₂(或V₃)≤V_min。

研究发现，其中爆破对周边建筑物振动的经验公式：

V_min＝k(Q^1/3/R)^α (1.2)

Q为单段装药量，k和α的取值与岩石硬度有关，经研究发现，具体如下表所示。

隧道周边岩石采用风钻打孔，少量装药的劈裂爆破，根据公式(1.1)V_MAX＝V₃≤V_min控制单段装药量Q值，在确定单段装药量Q值条件下，根据岩石强度和一次爆破要求，试验调整隧道周边岩石待劈裂层厚度，以便一次性爆破再不对临近建筑物产生危害的情况下开挖隧道周边岩石。

冲击施工对周围建筑物影响的经验公式：

V_min＝KE^mRⁿf^α (1.3)