基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，该方法包括：接收第一数据，包括：开挖洞径、交叉角度、交叉净距；根据第一数据得出第一隧道上上待爆破位置处的动力影响准则值；将计算得出的待爆破位置处的动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定待爆破位置的分区等级。本发明通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意待爆破位置处的动力影响准则值，将动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意待爆破位置的分区等级，方便施工前，考虑后建隧道不同位置处爆破施工的爆破震动效应对立体交叉隧道的结构动力影响并量化，以指导施工过程中不同位置的爆破方案。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别地，涉及一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区 检测方法及装置。

背景技术

随着我国国民经济的发展，对基础设施，尤其是对交通设施建设的需求在不断增加，同 时，高等级的交通干线也得到了前所未有的发展。例如：高速/重载铁路和高速公路分别是铁 路、公路等陆路交通发展的主方向；城市地铁、城市下穿隧道的修建又是缓和城市交通的重 要手段；同时，随着水利水电在西部大开发中的大力发展，引水隧洞的修建随即大量出现。

一方面，由于交通设施总量的需求不断增加，必然出现既有线旁修建新线、一次性建成 复线，以及对铁路既有线进行改造，新建铁路与公路并行以增大运量；另一方面对列车运行 速度和安全性的要求不断提高，不论新建铁路隧道还是高速公路隧道，普遍采用上、下行隧 道独立的设计方案。因此，立体交叉隧道必然大量涌现。

虽然隧道与地下工程的主要施工方法，如明挖法、暗挖法、盾构法等传统工法不断改进， 新的工法亦日益涌现，但矿山法无论是从掘进效率、还是从经济、技术角度考虑，都是目前 我国山岭隧道的主要施工方法之一。对于立体交叉隧道中新建隧道的近接施工，亦不例外， 最常采用的手段仍是矿山法。

立体交叉隧道中新建隧道的近接爆破施工，一方面会引起地下洞室岩体力学性质的劣化， 如原有裂隙的张开与扩展，新裂隙的产生，岩体声波速度的降低，渗透系数的增大等，另一 方面会改变既有隧道的受力状态，附加动荷载作用在既有隧道的支护结构上，对既有隧道支 护结构亦会产生种种不利影响，如结构承载力下降、支护结构(二次衬砌)的破坏、剥落， 变形过大侵入限界等。

目前，立体交叉隧道的研究还不够充分和深入，对于出现的部分新型问题还无法解决， 设计和施工还无规范、标准可循，各类近接爆破施工问题的力学机理还没有系统的阐述。现 今遇到这类工程的处理结果是要么采取过于保守的对策，造成很大的浪费，要么采取过于冒 险或盲目的对策，造成安全问题。因此，对立体交叉隧道爆破点的震动效应进行分析，进而 提出行之有效的爆破施工控制标准，而对爆破点进行合理的影响程度分区是亟待解决的问题。

针对现有技术中在立体交叉隧道施工前无法分析新建隧道爆破点的震动效应对先建隧道 的结构动力影响，以对新建隧道的爆破点进行分区的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，以 解决现有技术中无法对立体交叉隧道中的新建隧道的爆破点合理分区，导致要么采取冒进的 爆破方案导致安全隐患，要么采取保守的爆破方案造成浪费的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法， 立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区 检测方法包括：

接收第一数据，第一数据包括：开挖洞径、交叉角度、交叉净距；其中，开挖洞径为第 一隧道的开挖洞径、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交叉锐角、交 叉净距为第一隧道上待爆破位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁的距离；

根据第一数据得出第一隧道上待爆破位置处的动力影响准则值，动力影响准则值的计算 公式为：

η_V＝27.60exp(-0.92×H/D)[0.74+0.04exp(0.02×θ)]

上式中，η_V为动力影响准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、D为第一隧道的开挖洞 径；

将计算得出的待爆破位置处的动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定 待爆破位置的分区等级。

进一步地，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\approx \sqrt{{\left(L\sin \theta \right)}^2+{\mathrm{\Delta H}}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待爆破位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一 隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧 道的开挖洞径。

进一步地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标 准值；其中，第一分区标准值取9≤[η_V]＜16，第二分区标准值取5≤[η_V]＜9，第三分区标准值 取[η_V]＜5。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测装置， 立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道，该分区 检测装置包括：

接收单元，用于接收第一数据，第一数据包括：开挖洞径、交叉角度、交叉净距；其中， 开挖洞径为第一隧道的开挖洞径、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的 交叉锐角、交叉净距为第一隧道上待爆破位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁的距离；

第一计算单元，用于根据第一数据得出第一隧道上待爆破位置处的动力影响准则值，动 力影响准则值的计算公式为：

η_V＝27.60exp(-0.92×H/D)[0.74+0.04exp(0.02×θ)]

上式中，η_V为动力影响准则值、θ为交叉角度、H为交叉净距、D为第一隧道的开挖洞 径；

比较判断单元，用于将计算得出的待爆破位置处的动力影响准则值与预先存储的分区基 准值进行比较，确定待爆破位置的分区等级。

进一步地，该分区检测装置还包括：第二计算单元，用于计算出交叉净距供第一计算单 元调用，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\approx \sqrt{{\left(L\sin \theta \right)}^2+{\mathrm{\Delta H}}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待爆破位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离、ΔH为第一 隧道与第二隧道交叉点处的高程差、θ为交叉角度、D1为第一隧道的开挖洞径、D2为第二隧 道的开挖洞径。

进一步地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标 准值；其中，第一分区标准值取9≤[η_V]＜16，第二分区标准值取5≤[η_V]＜9，第三分区标准值 取[η_V]＜5。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法及装置，通过接收第一数据， 计算得出后建的第一隧道任意待爆破位置处的动力影响准则值，将动力影响准则值与预先存 储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意待爆破位置的分区等级，方便在立体交叉 隧道施工前，考虑后建隧道不同位置处爆破施工的爆破震动效应对立体交叉隧道的结构动力 影响并量化爆破震动影响值，以指导施工过程中不同位置的爆破方案，保障施工的安全性及 可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例基于列车震动的立体交叉隧道施工的分区检测装置的原理方框 示意图；

图2是本发明优选实施例基于列车震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法的流程示意 图；

图3是本发明优选实施例立体交叉隧道的结构示意图；

图4是图3中交叉净距的结构示意图；以及

图5是图3中第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖 的多种不同方式实施。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明 一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用 于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适 当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的 任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系 统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对 于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的优选实施例提供了一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测装置，该 装置可以通过计算机设备实现其功能。本发明中的立体交叉隧道包括先建的第二隧道及与第 二隧道间隔且交叉施工的后建的第一隧道。

图1是本发明优选实施例基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测装置的原理方框 示意图。参照图1，该基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测装置包括：接收单元100、 第一计算单元200及比较判断单元300。

接收单元100用于接收第一数据，第一数据包括：开挖洞径、交叉角度、交叉净距；其 中，开挖洞径为第一隧道的开挖洞径、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影 上的交叉锐角、交叉净距为第一隧道上待爆破位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁的距离。

图3是本发明优选实施例立体交叉隧道的结构示意图。参照图3，先建的第二隧道20与 后建的第一隧道10在O2、O1点处交叉重叠，O2为第二隧道20在交叉点处的隧道中心点， O1为第一隧道10在交叉点处的隧道中心点；第一隧道10的开挖洞径为D1(单位，米)，第 二隧道20的开挖洞径为D2(单位，米)；第一隧道10及第二隧道20的中轴线在水平投影上 的交叉锐角θ为交叉角度；B为第一隧道10上待爆破位置处分析断面的中心点，C为第二隧 道20上距B最近的断面的中心点，A为C在水平面上的投影点；交叉净距为第一隧道10上 待爆破位置处，第一隧道10与第二隧道20相邻外壁间的距离H。

第一计算单元200根据第一数据得出第一隧道上待爆破位置处的动力影响准则值，动力 影响准则值的计算公式为：

η_V＝27.60exp(-0.92×H/D)[0.74+0.04exp(0.02×θ)]

上式中，η_V为动力影响准则值、θ为交叉角度，单位：度、H为交叉净距，单位：米、D 为第一隧道的开挖洞径，单位：米。

比较判断单元300用于将计算得出的待爆破位置处的动力影响准则值与预先存储的分区 基准值进行比较，确定待爆破位置的分区等级。

根据本实施例，通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意待爆破位置处的动力 影响准则值，将动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意 待爆破位置的分区等级，方便在立体交叉隧道施工前，考虑后建隧道不同位置处爆破施工的 爆破震动效应对立体交叉隧道的结构动力影响并量化爆破震动影响值，以指导施工过程中不 同位置的爆破方案，保障施工的安全性及可靠性。

优选地，本实施例中，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及 第三分区标准值；其中，第一分区标准值取9≤[η_V]＜16，第二分区标准值取5≤[η_V]＜9，第三 分区标准值取[η_V]＜5。若第一隧道上待爆破位置的动力影响准则值落入第一分区标准值，则 确定该部位为第一分区，即强影响区；若第一隧道上待爆破位置的动力影响准则值落入第二 分区标准值，则确定该部位为第二分区，即弱影响区；若第一隧道上待爆破位置的动力影响 准则值落入第三分区标准值，则确定该部位为第三分区，即无影响区。对于无影响区，可以 忽略爆破震动对立体交叉隧道施工时的影响，按常规的单隧道爆破施工方案进行，对于弱影 响区和强影响区，则应不同程度考虑爆破震动对交叉隧道的施工影响，优化钻爆施工参数、 选择相应的爆施工破方案、降低立体交叉隧道的结构动力损伤。

优选地，该分区检测装置还包括：第二计算单元400。

第二计算单元400用于计算出交叉净距供第一计算单元调用，

进一步地，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\approx \sqrt{{\left(L\sin \theta \right)}^2+{\mathrm{\Delta H}}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待爆破位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离，单位：米、 ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差，单位：米、θ为交叉角度，单位：度、D1为 第一隧道的开挖洞径，单位：米、D2为第二隧道的开挖洞径，单位：米。参照图3，L为第 一隧道10上B点至O1点的距离；参照图5，ΔH为在两隧道的交叉点处，第一隧道10的隧 道中心点O1与第二隧道20的隧道中心点O2之间的垂直方向上的高程差；参照图4，交叉净 距H为第一隧道10上待爆破位置处分析断面的中心点B与第二隧道20上的中心点C之间相 邻外壁的距离。

本实施例中，通过提取参数L、ΔH、D1、D2及θ，计算得出交叉净距H，简化了参数 的测量过程，使得对立体交叉隧道的爆破影响程度进行量化过程更为简单、快捷，进而有效 指导立体交叉隧道的结构设计与爆破施工方案的选择。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供一种基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分 区检测方法。该方法运行在计算机设备上。需要说明的是，本发明实施例的基于爆破震动的 立体交叉隧道施工的分区检测方法可以通过本发明实施例所提供的基于爆破震动的立体交叉 隧道施工的分区检测装置来执行，本发明实施例的基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区 检测装置也可以用于执行本发明实施例所提供的基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检 测方法。

图2给出了本发明优选实施例基于爆破震动的立体交叉隧道施工的分区检测方法的流程 示意图。该分区检测方法包括：

步骤S101，接收第一数据，第一数据包括：开挖洞径、交叉角度、交叉净距；其中，开 挖洞径为第一隧道的开挖洞径、交叉角度为第一隧道及第二隧道的中轴线在水平投影上的交 叉锐角、交叉净距为第一隧道上待爆破位置处，第一隧道与第二隧道相邻外壁的距离；

步骤S102，根据第一数据得出第一隧道上待爆破位置处的动力影响准则值，动力影响准 则值的计算公式为：

η_V＝27.60exp(-0.92×H/D)[0.74+0.04exp(0.02×θ)]

上式中，η_V为动力影响准则值、θ为交叉角度，单位：度、H为交叉净距，单位：米、D 为第一隧道的开挖洞径，单位：米；

步骤S103，将计算得出的待爆破位置处的动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行 比较，确定待爆破位置的分区等级。

进一步地，交叉净距采用以下计算公式得出：

$H\approx \sqrt{{\left(L\sin \theta \right)}^2+{\mathrm{\Delta H}}^2}-\frac{D_1+D_2}{2}$

上式中，L为第一隧道上待爆破位置处距第一隧道与第二隧道交叉点的距离，单位：米、 ΔH为第一隧道与第二隧道交叉点处的高程差，单位：米、θ为交叉角度，单位：度、D1为 第一隧道的开挖洞径，单位：米、D2为第二隧道的开挖洞径，单位：米。

优选地，预先存储的分区基准值包括第一分区标准值、第二分区标准值及第三分区标准 值；其中，第一分区标准值取9≤[η_V]＜16，第二分区标准值取5≤[η_V]＜9，第三分区标准值取 [η_V]＜5。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机 系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此 处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算 装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上， 可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置 中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块 或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。