[发明专利]一种盾构隧道快速爆破预致裂方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道快速爆破预致裂方法，包括：获取盾构隧道掌子面大小和地质条件参数；基于盾构隧道掌子面大小与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进行钻孔形成一个水平炮孔，对水平炮孔的底部进行药壶扩胀，达到所需球形空腔大小；对球形空腔和水平炮孔按设计进行炸药和炮泥填塞，然后进行起爆，实现盾构隧道快速爆破预致裂。本发明钻孔少，只需要在掌子面中心处水平进行一次钻孔；工序简单；对水平炮孔进行药壶扩胀，在尾端形成球形空腔。预致裂均匀；预致裂爆破时球形药包在隧道掘进路线中心处爆炸，按照设计要求，在盾构设计断面前方形成预致裂区域；适用性广，预致裂迅速，可以加快施工进度。

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，具体为一种盾构隧道硬岩路段辅助开挖方法，特别是涉及一种盾构隧道快速爆破预致裂方法。

背景技术

随着我国城市化的不断推广，由于地面空间资源有限，已经不能满足人类生活空间需求，拥堵的地面交通迫切需要地下交通帮助缓解交通压力。所以城市地下交通修建在各个大型城市中正如火如荼的展开，并以隧道的形式穿梭在城市之中，形成城市的交通脉络。然而城市地铁、城际铁路等地下交通一般都是穿梭在城市人口密集区域，周围环境复杂，考虑到施工对城市交通、周边临近建(构)筑物的影响。结合城市地质条件，当地质条件较好时，多采用深埋，以达到选线自由和降低对周边环境的影响。因此盾构法就被广泛应用于城市地铁隧道的施工中。

然而盾构法在施工过程中会遇到一些复杂地质环境如上软下硬、全断面中、微风化岩石、坚硬孤石等，这些意外情况往往会阻碍盾构机的正常通行，影响盾构法施工效率。具体体现在：盾构机刀盘磨损严重，掘进缓慢，频繁换刀及带压进仓作业将会带来成本的增加，经济、时间效益的降低。

处理盾构隧道遇上软下硬、全断面中、微风化岩石、坚硬孤石等地质情况，目前常用的办法有：开舱人工破岩、开挖取石、冲击锤破碎或地面垂直钻孔爆破等破岩方式。但是开舱人工破岩、开挖取石、冲击锤破碎等方法面临着带压进仓作业的风险和进度较慢、成本增高、工期延长。对于地面垂直钻孔爆破等方法，又受地面城市复杂环境的影响，且一般爆破振动大，爆破危害对周围建(构)筑物影响较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道快速爆破预致裂方法，以解决基于盾构法掘进遇坚硬岩石时，盾构机掘进速度缓慢，刀盘磨损严重，以往处理方法的高风险，高成本，低效率，以及地面钻孔爆破的高爆破振动等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种盾构隧道快速爆破预致裂方法，包括：

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。

可选的，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。

可选的，基于“少药多爆”原则对水平炮孔的尾端进行药壶扩胀。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。