[发明专利]一种盾构隧道快速爆破预致裂方法

权利要求书

1.一种盾构隧道快速爆破预致裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取盾构隧道掌子面大小；获取地质条件参数；

基于所述盾构隧道掌子面大小与所述地质条件参数计算所需球形空腔的直径与深度；

在盾构隧道掌子面的中心处进行隧道钻孔形成水平炮孔，基于球形空腔的直径与深度对水平炮孔的尾端进行药壶扩胀，得到球形空腔；

对球形空腔和水平炮孔进行填塞，填塞完毕后进行起爆，实现盾构隧道快速爆破预致裂；

隧道钻孔沿水平方向进行，所述水平炮孔的深度大于盾构隧道掌子面半径的一半；

基于“少药多爆”原则对水平炮孔的尾端进行药壶扩胀；

对球形空腔和水平炮孔进行填塞的过程包括：所述球形空腔采用炸药填塞，所述炸药的装药半径与球形空腔的半径相等，球形空腔与水平炮孔的连接处填塞适量炸药，水平炮孔其余部分直至孔口采用炮泥进行堵塞；

球形空腔的直径基于所述掌子面大小、炸药的性质、岩石数据，剪切变形变化率、内摩擦角计算获得，其中，炸药的性质包括炸药的装药密度、炸药的爆速及冲击波初始压力；岩石数据包括岩石的单轴拉伸强度、岩石的单轴抗压强度、岩石的剪切模量；

裂隙区半径可根据公式求得，

式中：P_d为透射入岩石的冲击波初始压力；

ρ₀、ρ_m分别为炸药的装药密度和岩石的密度；

C_P、D分别为岩石中的声速和炸药的爆速；

γ为爆轰产物的膨胀绝热指数，一般γ＝3；

式中：σ_r、σ_θ分别为径向、切向应力；

为对比距离，r_i计算点到装药中心的距离，r_b为炮孔半径；

α为压力衰减系数，对于冲击波区α≈3或α＝2+μ/(1-μ)，应力波区α＝2-μ/(1-μ)，μ＝0.8μ₀，μ₀为静态泊松比；

岩石的有效应力σ_i公式如下：

根据岩石Mises强度准则，如果σ_i≥σ_td，则为裂隙区；

由式(1)、(2)、(3)，并使σ_i满足σ_i≥σ_td，可得到裂隙区半径为

式中：β为衰减指数，β＝2-μ/(1-μ)

A＝[(1+λ)²+(1+λ²)-2μ(1-μ)(1-λ)²]^1/2

σ_cd、σ_td分别为岩石的单轴动态抗压强度和单轴动态抗拉强度；

据此反向得出球形空腔的装药半径；

基于水平炮孔的深度、岩石地质条件、球形空腔内的炸药量、炸药的装药密度、炸药的爆速及冲击波初始压力，计算获得球形空腔与水平炮孔连接处的炸药量。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道快速爆破预致裂方法，其特征在于，

球形空腔内的炸药采用数码电子雷管起爆，数码电子雷管安装于球形药包中心。