复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法

摘要

本发明涉及一种复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法，属于近距交叉隧道控制爆破技术领域。本发明包括如下步骤：S1：先建隧道复合隔振层的设计、S2：先建隧道复合隔振层的预铺、S3：后建隧道一次爆破前的准备、S4：后建隧道复合导洞的一次爆破、S5：后建隧道二次爆破前的准备、S6：后建隧道复合导洞的二次爆破、S7：先建隧道中砂隔振层的注浆。本发明通过复导洞掌子面开挖结构避免了掏槽爆破创造临空面时产生高峰值振速，可有效降低爆破振速；预铺复合隔振层打破了以往隧道隔振仅采用单层单一材料隔振的传统，使得隔振效果更显著；复导洞结合预铺隔振层措施，形成主动隔振与被动减振相结合的爆破减振方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法，属于近距交叉隧道控制爆破技术领域。

背景技术

单纯利用合理控制爆破延时进行爆破开挖的传统方法，其用非电毫秒雷管，由于其延时方法以控制化学药剂燃烧速度来实现，受工艺水平影响误差很大，在没有足够临空面情况下相邻段位雷管容易同时引爆，产生较大振动峰值。若其采用电子雷管则还存在计算方法未能明确，价格、技术要求高等缺点。

现阶段研究表明，断面爆破的最大爆破振动速度往往出现在掏槽爆破过程，其原因是围岩夹制作用大，而其根本原因是没有爆破临空面。创造爆破临空面的方法有多种，如传统的(复合)楔形掏槽爆破和以掏槽导爆索为途径的小爆破掏槽和以超前导洞的悬臂机掏槽、以掏槽缝为目的的预切槽机等机械掏槽。

(1)现行掏槽爆破基本以斜眼楔形掏槽爆破为主，虽较大程度上减小了最大振动速度峰值，但爆破最大峰值依旧产生于掏槽爆破过程中，究其原因，未能改变因临空面缺少而受掌子面围岩夹制作用的不利影响；(2)传统的机械掏槽爆破方法，虽然有效避免了掏槽爆破所产生的振动峰值，但未将超前小导洞创造临空面的效果发挥彻底，仍有进一步减振的空间；(3)机械预切槽创造爆破临空面的方法，大大降低了施工效率，并且预切槽机不能适用于较坚硬围岩，机械设备成本高且不具有普适性；(4)后建隧道减震爆破采用超挖隧底铺设隔振层的方法，此法过度扰动中夹层围岩且对后建爆破隧道二次衬砌的稳定产生不良影响；(5)静力破碎非爆破方法，需要预切槽机进行多次切槽并配合静力破碎机及化学效应破碎，技术要求高，施工效率低。

以上现行掏槽爆破方法的虽在一定程度上减小了爆破振速，但其创造的临空面有限，且牺牲了施工效率。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法。

本发明所述的复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法，包括如下步骤：

S1：先建隧道复合隔振层的设计:按照施工组织设计，先建隧道经过近距爆破影响区前，需判断先建隧道与后建隧道的隧道交叉角度，即：

当隧道交叉角度超过60°时，以最近距离位点分别向两个隧道方向铺设复合隔振层；

当隧道交叉角度小于60°时，视工况适当延长隔振层的铺设长度；

S2：先建隧道复合隔振层的预铺：先建隧道开挖时，向拱顶内轮廓范围超挖一定距离用以铺设隔振层，包括如下小步：

S21：在开挖一进尺后，首先运用喷射混凝土对围岩找平处理，随即尽快铺设中砂隔振层，其施作时，小进尺铺设，用临时支撑结构抵住，随后进行挂设钢筋网初支工作；

S22：然后铺设防水板和橡胶隔振层，即在铺设防水板与浇筑二衬之间中夹一层较薄的橡胶隔振层，并与S21中的中砂隔振层组成复合隔振层，随后通过后方紧跟的模筑混凝土二次衬砌封闭，直至完成整个超挖段的复合隔振层预铺设施工；

S3：后建隧道一次爆破前的准备：在先建隧道支护结构施作段经过近距爆破影响区后，后建隧道开挖在进入近距爆破影响区之前，将传统爆破开挖方法向复导洞爆破开挖方法进行过渡，包括如下小步：

S31：首先运用悬臂机掏槽出拱形的超前小导洞Ⅰ；

S32：随后利用围岩爆破抵抗线以合理划分出隧道掌子面Ⅰ区及隧道掌子面Ⅱ区，并运用风动钻岩设备在隧道掌子面Ⅰ区及隧道掌子面Ⅱ区组成的隧道掌子面范围下部打设较密集的隔振孔；

S4：后建隧道复合导洞的一次爆破：包括如下小步：

S41：通过理论计算及工程经验合理布置爆破Ⅰ区及爆破Ⅱ区的内圈孔、周边孔及掘进孔炮孔，并进行第一次爆破开挖出二阶导洞，形成小轮廓掌子面；

S42：通风、扒碴清扫后，继续S3的步骤，再次运用悬臂机在形成的小轮廓掌子面上掏槽出超前小导洞Ⅱ，形成相互嵌套的复导洞掌子面；

S5：后建隧道二次爆破前的准备：运用风洞钻岩设备在组成的隧道掌子面范围下部打设较密集的隔振孔；

S6：后建隧道复合导洞的二次爆破：包括如下小步：

S61：通过理论计算及工程经验合理布置隧道掌子面Ⅲ区及隧道掌子面Ⅳ区的内圈孔、周边孔及掘进孔炮孔，隧道掌子面周边孔采取减半布置间距以打设双倍炮孔，并第二次爆破开挖；

S62：通风、扒碴清扫后，继续S4～S6的步骤，进行下一循环进尺的复导洞爆破开挖，直至完成近距爆破影响区的开挖；

S7：先建隧道中砂隔振层的注浆：当后建控制爆破的隧道爆破通过近距爆破影响区时，对下方先建隧道预铺隔振层中的注浆管注浆，改变砂袋隔振层以形成混凝土砂浆高强度性质。

优选地，所述S2中，复合隔振层依次包括围岩、喷混找平层、中砂隔振层、挂钢筋网初支施工层、防水板层、橡胶隔振层和模筑二次衬砌层。

优选地，所述S2中，中砂隔振层设置有用于填充的砂袋隔振层应预埋有注浆管或预留注浆孔，以方便后期注浆加固。

优选地，所述S4中，复导洞掌子面包括两倍进尺的超前小导洞Ⅱ及一倍进尺的二阶导洞。

优选地，所述S42中，复导洞掌子面的计算方法包括如下具体小步：

S421：爆破参数的选取：爆破参数包括：岩石最小抵抗线W，爆破漏斗半径r，爆破作用指数n；

其中，爆破作用指数：

S422：根据有关规范和经验公式修正后取单位炸药消耗量q；

S423：根据炮眼利用率η，循环进尺V，每循环爆破使用炸药预估量Q根据复导洞爆破形式计算如下：

隧道掌子面Ⅰ区的炸药预估量Q

Q

隧道掌子面Ⅱ区的炸药预估量Q

Q

隧道掌子面Ⅲ区的炸药预估量Q

Q

隧道掌子面Ⅳ区的炸药预估量Q

Q

总计的炸药预估量Q总：

Q

S424：二阶导洞及隧道掌子面下方运用风动凿岩机打设间隔设置的隔振孔；

S425：周边孔以两倍密度的形式打设，并隔孔装药爆破。

优选地，所述S6中，从爆破转换阶段开始均采取分部爆破的方法，分别以爆破Ⅰ、Ⅱ区为第一次爆破，爆破Ⅲ、Ⅳ区为第二次爆破，每进行此两次爆破为一循环进尺的开挖。

本发明的有益效果是：(1)复导洞掌子面开挖结构避免了掏槽爆破创造临空面时产生高峰值振速，且其临空面创造程度远大于单导洞掏槽开挖方法，可有效降低爆破振速；

(2)预铺复合隔振层打破了以往隧道隔振仅采用单层单一材料隔振的传统，使得隔振效果更显著；

(3)复导洞结合预铺隔振层措施，改变以往仅在后建开挖隧道采取隔振措施的情况，这样使既有隧道也积极应对近距隧道爆破产生的效应，形成主动隔振与被动减振相结合的方法，形成近距爆破开挖隧道一整套的爆破减振方法。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2是步骤S2的流程框图。

图3是步骤S3的流程框图。

图4是步骤S4的流程框图。

图5是步骤S6的流程框图。

图6(a)-图6(d)是复导洞爆破开挖的不同步骤图。

图7是后建隧道复合导洞的一次爆破炮孔布置图。

图8是图7的A-A剖视图。

图9是后建隧道复合导洞的二次爆破炮孔布置图。

图10是图9的B-B剖视图。

图11是先建隧道与后建爆破隧道的立体图。

图12是复合隔振层及其局部放大图。

图中：1、隧道掌子面；11、隧道掌子面Ⅰ区；12、隧道掌子面Ⅱ区；13、隧道掌子面Ⅲ区；14、隧道掌子面Ⅳ区；2、超前小导洞Ⅰ；3、二阶导洞；4、超前小导洞Ⅱ；5、循环进尺处；6、隔振孔；7、炮孔；8、先建隧道；9、后建隧道；10、复合隔振层；101、围岩；102、喷混找平层；103、中砂隔振层；104、挂钢筋网初支施作层；105、防水板层；106、橡胶隔振层；107、模筑二次衬砌层。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明所述的复导洞及预设复合隔振层近接隧道爆破减振施工方法，包括如下步骤：

S1：先建隧道复合隔振层的设计:按照施工组织设计，先建隧道8经过近距爆破影响区前，需判断先建隧道8与后建隧道9的隧道交叉角度，如图11所示，即：

当隧道交叉角度超过60°时，以最近距离位点分别向两个隧道方向铺设复合隔振层10；

当隧道交叉角度小于60°时，视工况适当延长隔振层的铺设长度；

S2：复合隔振层10的预铺：先建隧道8开挖时，向拱顶内轮廓范围超挖一定距离用以铺设隔振层，如图2所示，包括如下小步：

S21：在开挖一进尺后，首先运用喷射混凝土对围岩101找平处理，随即尽快铺设中砂隔振层103，其施作时，小进尺铺设，用临时支撑结构抵住，随后进行挂设钢筋网初支工作；

S22：然后铺设防水板和橡胶隔振层106，即在铺设防水板与浇筑二衬之间中夹一层较薄的橡胶隔振层106，并与S21中的中砂隔振层103组成复合隔振层10，随后通过后方紧跟的模筑混凝土二次衬砌封闭，直至完成整个超挖段的复合隔振层10预铺设施工；

S3：后建隧道一次爆破前的准备：在先建隧道8支护结构施作段经过近距爆破影响区后，后建隧道9开挖在进入近距爆破影响区之前，将传统爆破开挖方法向复导洞爆破开挖方法进行过渡，如图3所示，包括如下小步：

S31：首先运用悬臂机掏槽出拱形的超前小导洞Ⅰ2，见图6(a)；

S32：随后利用围岩101爆破抵抗线以合理划分出隧道掌子面Ⅰ区11及隧道掌子面Ⅱ区12，并运用风动钻岩设备在隧道掌子面Ⅰ区11及隧道掌子面Ⅱ区12组成的隧道掌子面1范围下部打设较密集的隔振孔6，如图7和图8所示；

S4：后建隧道复合导洞的一次爆破：如图4所示，包括如下小步：

S41：通过理论计算及工程经验合理布置爆破Ⅰ区及爆破Ⅱ区的内圈孔、周边孔及掘进孔炮孔7，并进行第一次爆破开挖出二阶导洞3，形成小轮廓掌子面，见图6(b)；

S42：通风、扒碴清扫后，继续S3的步骤，再次运用悬臂机在形成的小轮廓掌子面上掏槽出超前小导洞Ⅱ4，形成相互嵌套的复导洞掌子面，见图6(c)；

S5：后建隧道二次爆破前的准备：运用风洞钻岩设备在组成的隧道掌子面1范围下部打设较密集的隔振孔6；

S6：后建隧道复合导洞的二次爆破：如图6(a)-图6(d)所示，包括如下小步：

S61：通过理论计算及工程经验合理布置隧道掌子面Ⅲ区13及隧道掌子面Ⅳ区14的内圈孔、周边孔及掘进孔炮孔7，隧道掌子面1周边孔采取减半布置间距以打设双倍炮孔7，并第二次爆破开挖，如图9和图10所示；

S62：通风、扒碴清扫后，继续S4～S6的步骤，进行下一循环进尺的复导洞爆破开挖，直至完成近距爆破影响区的开挖，见图6(d)；

S7：中砂隔振层103的注浆：当后建控制爆破的隧道爆破通过近距爆破影响区时，对下方先建隧道8预铺隔振层中的注浆管注浆，改变砂袋隔振层以形成混凝土砂浆高强度性质。

本发明的原理是：现阶段研究表明，断面爆破的最大爆破振动速度往往出现在掏槽爆破过程，其原因是围岩101夹制作用大，而其根本原因是没有爆破临空面。创造爆破临空面的方法有多种，如传统的(复合)楔形掏槽爆破和以掏槽导爆索为途径的小爆破掏槽和以超前导洞的悬臂机掏槽、以掏槽缝为目的的预切槽机等机械掏槽，虽在一定程度上减小了爆破振速，但其创造的临空面有限，且牺牲了施工效率，为此此新型控制爆破方法推出复合导洞及预铺复合隔振层10的综合控制爆破方法，在减振方面有了较实质性进展。

如图12所示，所述S2中，复合隔振层10依次包括围岩101、喷混找平层102、中砂隔振层103、挂钢筋网初支施作层104104、防水板层105、橡胶隔振层106和模筑二次衬砌层107。

所述S6中，从爆破转换阶段开始均采取分部爆破的方法，分别以爆破I、II区为第一次爆破，爆破III、IV区为第二次爆破，每进行此两次爆破为一循环进尺的开挖。

实施例2：

下面结合具体的案例对于后建隧道9爆破施予以说明。

假设隧道周边围岩101级别为III级，先建隧道8和后建隧道9立体交叉两隧道水平交角80°，后建隧道9采用复导洞爆破开挖，炮孔7采用风动凿岩机钻孔，循环进尺为2m，爆破材料采用塑料导爆管，起爆系统为非电毫秒雷管系统，电雷管引爆，周边眼采用小直径40mm岩石硝铵炸药；则爆破参数选择时有如下选取过程：

第一步：岩石最小抵抗线取W＝1.75m，计算爆破作用指数：

第二步：根据有关规范和经验公式修正后取单位炸药消耗量为1.5。

第三步：根据炮眼利用率取0.90，每循环爆破使用炸药预估量根据复导洞爆破形式计算为：

隧道掌子面I区11：

Q

隧道掌子面II区12：

Q

隧道掌子面III区13：

Q

隧道掌子面Ⅳ区14：

Q

总计Q＝287.67Kg。

第四步：二阶导洞3及隧道掌子面1下方打设Φ75mm，间隔20cm的隔振孔6，运用风动凿岩机打设。

第五步：周边孔以两倍密度的形式打设，并隔孔装药爆破。

表1掌子面分两次爆破设计参数表

每循环爆破使用炸药量与上述计算预估量比较吻合。

后面进行炮孔7的布置，具体有爆破孔Φ40mm，间隔有100～50cm不等，隔振孔666Φ75mm，20cm间隔布置。

实施例3：

下面结合具体的案例对于先建隧道8的复合隔振层10施予以说明。

假设先建隧道8和后建隧道9交叉角度超过60°，采取最近距离位点向两侧延伸15m的长度布置复合隔振层10。

复合隔振层10每层类型及厚度如表中参数所示。

表2复合隔振层10设计参数表

复合隔振层10的铺设位置如附图12所示：

本发明的有益效果是：(1)复导洞掌子面开挖结构避免了掏槽爆破创造临空面时产生高峰值振速，且其临空面创造程度远大于单导洞掏槽开挖方法，可有效降低爆破振速；

(2)预铺复合隔振层10打破了以往隧道隔振仅采用单层单一材料隔振的传统，使得隔振效果更显著；

(3)复导洞结合预铺隔振层措施，改变以往仅在后建开挖隧道采取隔振措施的情况，这样使既有隧道也积极应对近距隧道爆破产生的效应，形成主动隔振与被动减振相结合的方法，形成间距爆破开挖隧道一整套的爆破减振方法。

本发明可广泛运用于近距交叉隧道控制爆破场合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。