《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》是中鐵四局集團有限公司於2014年8月22日申請的發明專利，該專利申請號為2014104181491，公布號為CN104180733A，專利公布日為2014年12月3日，發明人是余高飛、隗志遠、柯宇慶、張光輝。
《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》其特徵是：在既有構築物的既有結構底板的下方，朝向深度方向將爆破作業面依次劃分區域為：金屬膨脹爆破區、乳化炸藥掏槽區和乳化炸藥爆破區。實施該發明綜合減震方法，可以保證在硬岩地層中緊貼既有地下構築物進行開挖時爆破振振速符合要求、爆破衝擊波不對其產生破壞，且保證工程進度。
2019年5月16日，《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法
- 公布號：CN104180733A
- 公布日：2014年12月3日
- 申請號：2014104181491
- 申請日：2014年8月22日
- 申請人：中鐵四局集團有限公司
- 地址：安徽省合肥市望江東路96號
- 發明人：余高飛、隗志遠、柯宇慶、張光輝
- 代理機構：安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
- 代理人：何梅生
- Int.Cl.：F42D5/045(2006.01)I；F42D3/04(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2014年8月之前，隨著中國經濟的發展，城市化進程的加快，中國大城市土地資源日趨緊缺，開發地下空間是必然選擇，地下空間開發朝立體交叉方向發展。在既有地下構築物下再進行地下空間開發越來越普遍，當既有地下構築物下建設新構築物時需進行爆破作業，如何避免爆破振動和爆破衝擊波對既有構築物的損害、加快工程進度，是在既有地下構築物下進行地下空間再開發亟待解決的一項重要課題。
青島作為重要的旅遊城市，地下空間開發也越來越多，地下空間立體交叉也經常性發生，而青島繁華的老城區地表土層淺、地下岩層主要為弱風化的硬質花崗岩，在花崗岩岩層進行爆破作業時，炸藥單耗大、爆破產生的震動和衝擊波作用明顯。由中鐵四局承建的青島捷運3號線一期工程1標段青島站西端暗挖段緊貼已完工的捷運2號線和地下商場底板，在進行爆破施工時必須控制爆破振動和爆破衝擊波的有害效應，保證捷運2號線和地下商場的安全。
截至2014年8月，按已有的設計，該段範圍爆破振速需要控制在1.5厘米/秒以內，但實際施工中無法達到，根據專家論證的結果，對青島捷運3號線青島站站西端暗挖下穿既有2號線及地下商場，爆破振速控制在4.0厘米/秒以內可以保證混凝土結構安全。但是，由於西端暗挖為車站、平頂暗挖結構，緊貼既有2號線及地下商場底板，採用一般炸藥施工時爆破振速仍然達不到要求，且當既有構築物距離鑽爆孔過近時，爆破衝擊波同樣會破壞既有構築物；雖然可以採用岩石金屬膨脹劑進行靜態爆破，但靜態爆破金屬膨脹劑在十多個小時後才開始發揮作用，其循環時間長、費用相當高，難以實際套用。
發明內容
專利目的
《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》是為避免上述2014年8月之前技術所存在的不足之處，提供一種緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，以保證在硬岩地層中緊貼既有地下構築物進行開挖時爆破振振速符合要求、爆破衝擊波不對其產生破壞，且保證工程進度。
技術方案
《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》的特點是：在既有構築物的既有結構底板的下方，朝向深度方向將爆破作業面依次劃分區域為：金屬膨脹爆破區、乳化炸藥掏槽區和乳化炸藥爆破區。
該發明緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法的特點也在於： 所述金屬膨脹爆破區是處在距既有結構底板以下的3米深度範圍之內；所述乳化炸藥掏槽區是處在距金屬膨脹爆破區以下的1米深度範圍之內；所述乳化炸藥爆破區是處在距乳化炸藥掏槽區以下的4米深度範圍之內。
在距所述既有結構底板下方的150毫米位置處形成有一排與所述既有結構底板相平行的隔振孔，所述隔振孔的間距為150毫米、孔徑為50毫米、孔深為1500毫米。
對於所述金屬膨脹爆破區是在全斷面一次打孔完成後按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，設定一次串聯起爆的金屬膨脹劑的支數不大於五；所述乳化炸藥掏槽區和乳化炸藥爆破區的單響藥量不大於0.15千克。
所述分層和分次的起爆順序是指：對於形成在金屬膨脹爆破區的全斷面上的炮孔，按自底層向頂層的逐層起爆順序，並在每層炮孔中按先中間後一側再另一側的逐次起爆順序。
該發明緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法的特點是按如下步驟作業：
步驟1、在金屬膨脹爆破區的全斷面上自上而下鑽孔形成與既有結構底板相平行的金屬膨脹爆破區炮孔；
步驟2：在乳化炸藥掏槽區中一次鑽孔分別形成掏槽區炮眼和掏槽區中空孔；隨後按自中心向兩側依次實施爆破的方式形成乳化炸藥掏槽區；
步驟3，在金屬膨脹劑爆破區中，針對已形成的金屬膨脹爆破區炮孔按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，形成金屬膨脹劑爆破區；
步驟4，按常規方式實施乳化炸藥爆破區的爆破施工。
該發明緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法的特點還在於：所述步驟2中按自中心向兩側依次實施爆破的方式形成乳化炸藥掏槽區是按如下過程進行： 第1次爆破：在乳化炸藥掏槽區的中部圍繞掏槽區中空孔逐孔微差起爆，形成中部掏槽區；
第2次爆破，向所述中部掏槽區的兩側進行首次擴槽爆破，首次擴槽爆破是自中部掏槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於中部掏槽區兩側的第一道擴槽區；
第3次爆破，繼續向所述第一道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第一道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於第一道擴槽區外側的第二道擴槽區；
第4次爆破，繼續向所述第二道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第二道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側利用導爆管逐孔起爆，實現逐孔微差爆破，形成位於第二道擴槽區外側的第三道擴槽區；
對於經過第1次至第4次爆破所形成的臨空面，通過兩次掘進，每次掘進0.5米，形成深度為1米的乳化炸藥掏槽區。
改善效果
《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》混合爆破綜合減震方法，將爆破振動速度可靠控制在4.0厘米/秒以內，有效避免爆破衝擊波的破壞作用，與2014年8月之前已有技術相比，該發明效果體現在：
- 該發明將同一爆破作業面分為金屬膨脹劑爆破區和乳化炸藥爆破區，對同一作業面採用不同的爆破方式。金屬膨脹劑爆破震動小，靠近既有構築物進行爆破；乳化炸藥爆破震動大，離既有構築物3米以外的區域進行爆破，經理論計算和現場試驗，乳化炸藥在單響藥量控制在0.15千克的情況下，硬質花崗岩距爆點中心3米以外爆破振速在4.0厘米/秒以內，滿足振速控制要求。
- 該發明靠近既有構築物密布隔振孔，可以有效吸收爆破震動和爆破衝擊波能量，實現爆破隔振和阻隔衝擊波。
- 該發明中乳化炸藥掏槽區在進行掏槽時分四次實施爆破，控制每次爆破均為逐孔起爆，有效控制了單響藥量。
- 該發明首先實施乳化炸藥掏槽區的爆破，並由此在金屬膨脹劑爆破區的底部形成臨空面，隨後在對金屬膨脹劑爆破區實施爆破時，極大地減小了對靠近既有結構物方向岩體的破壞，從而減少對既有結構物的破壞。
- 該發明對於金屬膨脹爆破區是在全斷面一次打孔完成後按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，一方面，全斷面上一次打孔完成避免了多次打孔並且每次打孔必要的準備和除拆工作的耗時耗力，有效提高工效；另一方面，分層分次起爆有效控制了爆破振動。
附圖說明
圖1為《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》中劃分區域示意圖；
圖2為該發明中隔振孔示意圖；
圖3為該發明中炮孔布置總圖；
圖4為該發明中乳化炸藥掏槽區形成臨空面示意圖；
圖5為該發明中金屬膨脹爆破區爆破網分層分塊爆破示意圖；
圖中標號：1金屬膨脹爆破區，2乳化炸藥掏槽區，3乳化炸藥爆破區，4既有結構底板，5隔振孔，6金屬膨脹爆破區炮孔，7掏槽區炮眼，8掏槽區中空孔，9岩體。
技術領域
《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》涉及一種混合控制爆破方法，更具體地說針對緊貼既有構築物下硬岩地層中施工隧道實施的混合爆破綜合減振方法，是為了降低爆破振動和爆破衝擊波對地下既有結構物的損害。
權利要求
1.一種緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，是在既有構築物的既有結構底板（4）的下方，朝向深度方向將爆破作業面依次劃分區域為：金屬膨脹爆破區（1）、乳化炸藥掏槽區（2）和乳化炸藥爆破區（3）；其特徵是：所述金屬膨脹爆破區（1）是處在距既有結構底板（4）以下的3米深度範圍之內；所述乳化炸藥掏槽區（2）是處在距金屬膨脹爆破區（1）以下的1米深度範圍之內；所述乳化炸藥爆破區（3）是處在距乳化炸藥掏槽區（2）以下的4米深度範圍之內。
2.根據權利要求1所述的緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，其特徵是：在距所述既有結構底板（4）下方的150毫米位置處形成有一排與所述既有結構底板（4）相平行的隔振孔（5），所述隔振孔（5）的間距為150毫米、孔徑為50毫米、孔深為1500毫米。
3.根據權利要求1所述的緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，其特徵是：對於所述金屬膨脹爆破區（1）是在全斷面一次打孔完成後按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，設定一次串聯起爆的金屬膨脹劑的支數不大於五；所述乳化炸藥掏槽區（2）和乳化炸藥爆破區（3）的單響藥量不大於0.15千克。
4.根據權利要求3所述的緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，其特徵是：所述分層和分次的起爆順序是指：對於形成在金屬膨脹爆破區的全斷面上的炮孔，按自底層向頂層的逐層起爆順序，並在每層炮孔中按先中間後一側再另一側的逐次起爆順序。
5.根據權利要求3所述的緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，其特徵是按如下步驟作業：步驟1、在金屬膨脹爆破區（1）的全斷面上自上而下鑽孔形成與既有結構底板（4）相平行的金屬膨脹爆破區炮孔（6）；步驟2：在乳化炸藥掏槽區（2）中一次鑽孔分別形成掏槽區炮眼（7）和掏槽區中空孔（8）；隨後按自中心向兩側依次實施爆破的方式形成乳化炸藥掏槽區（2）；步驟3，在金屬膨脹劑爆破區（1）中，針對已形成的金屬膨脹爆破區炮孔（6）按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，形成金屬膨脹劑爆破區（1）；步驟4，按常規方式實施乳化炸藥爆破區（3）的爆破施工。
6.根據權利要求5所述的緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法，其特徵是：所述步驟2中按自中心向兩側依次實施爆破的方式形成乳化炸藥掏槽區（2）是按如下過程進行：第1次爆破：在乳化炸藥掏槽區（2）的中部圍繞掏槽區中空孔（8）逐孔微差起爆，形成中部掏槽區；第2次爆破，向所述中部掏槽區的兩側進行首次擴槽爆破，首次擴槽爆破是自中部掏槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於中部掏槽區兩側的第一道擴槽區；第3次爆破，繼續向所述第一道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第一道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於第一道擴槽區外側的第二道擴槽區；第4次爆破，繼續向所述第二道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第二道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側利用導爆管逐孔起爆，實現逐孔微差爆破，形成位於第二道擴槽區外側的第三道擴槽區；對於經過第1次至第4次爆破所形成的臨空面，通過兩次掘進，每次掘進0.5米，形成深度為1米的乳化炸藥掏槽區（2）。
實施方式
參見圖1、圖2、圖3和圖4，該實施例中緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的劃分區域是：在既有構築物的既有結構底板4的下方，朝向深度方向將爆破作業面依次劃分區域為：金屬膨脹爆破區1、乳化炸藥掏槽區2和乳化炸藥爆破區3。
其中，金屬膨脹爆破區1是處在距既有結構底板4以下3米的深度範圍之內；乳化炸藥掏槽區2是處在距金屬膨脹爆破區1以下1米的深度範圍之內；乳化炸藥爆破區3是處在距乳化炸藥掏槽區2以下4米的深度範圍之內。
圖2所示，該實施例中在距既有結構底板4下方的150毫米位置處形成有一排與既有結構底板4相平行的隔振孔5，隔振孔5的間距為150毫米、孔徑為50毫米、孔深為1500毫米，以隔振孔5進行爆破隔振和吸收金屬膨脹劑爆破時的爆破衝擊波能量，進一步避免爆破對既有構築物的破壞。
該實施例中緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法是在既有構築物的既有結構底板4的下方，朝向深度方向將爆破作業面依次劃分區域為：金屬膨脹爆破區1、乳化炸藥掏槽區2和乳化炸藥爆破區3；其中，金屬膨脹爆破區1是處在距既有結構底板4以下的3米深度範圍之內；所述乳化炸藥掏槽區2是處在距金屬膨脹爆破區1以下的1米深度範圍之內；所述乳化炸藥爆破區3是處在距乳化炸藥掏槽區2以下的4米深度範圍之內；在距既有結構底板4下方的150毫米位置處形成有一排與所述既有結構底板4相平行的隔振孔5，所述隔振孔5的間距為150毫米、孔徑為50毫米、孔深為1500毫米。
具體實施中，對於金屬膨脹爆破區1是在全斷面一次打孔完成後按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，分層和分次的起爆順序是指：對於形成在金屬膨脹爆破區的全斷面上的炮孔，按自底層向頂層的逐層起爆順序，並在每層炮孔中按先中間後一側再另一側的逐次起爆順序，圖5所示為金屬膨脹爆破區中全斷面炮孔分布，圖5中標定了起爆順序依次為第1次、第2次、第3次…第23次、第24次。
為了控制振動，設定一次串聯起爆的金屬膨脹劑的支數不大於五；乳化炸藥掏槽區2和乳化炸藥爆破區3的單響藥量不大於0.15千克。
參見圖3和圖4，該實施例中緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法是按如下步驟作業：
步驟1、圖3所示，在金屬膨脹爆破區1的全斷面上自上而下鑽孔形成與既有結構底板4相平行的金屬膨脹爆破區炮孔6，金屬膨脹爆破區炮孔6的深度為1.0-1.1米。 步驟2：在乳化炸藥掏槽區2中一次鑽孔分別形成掏槽區炮眼7和掏槽區中空孔8，隨後按自中心向兩側依次實施爆破的方式形成乳化炸藥掏槽區2。
掏槽區中空孔8位於乳化炸藥掏槽區2的中部，共有四隻，分別在矩形的四個頂點位置上，掏槽區中空孔8的孔徑為130毫米、相鄰的掏槽區中空孔8之間的間距為600毫米。在四隻掏槽區中空孔8所圍成的矩形區域中呈梅花狀分布五隻掏槽區炮眼，其它分置在掏槽區中空孔8的周邊的各掏槽區炮眼的孔距和排距均為300毫米，掏槽區炮眼的孔徑為40毫米，孔深為600毫米，單孔藥量為0.15千克。
具體實施按如下過程進行：
第1次爆破：在乳化炸藥掏槽區2的中部圍繞掏槽區中空孔8逐孔微差起爆，形成中部掏槽區。第1次爆破包括位於掏槽區中空孔8區域內的呈梅花狀分布的五隻掏槽區爆破孔和分處在掏槽區中空孔8外圍的十二個掏槽區爆破孔，使用導爆管逐孔引爆。
第2次爆破，向所述中部掏槽區的兩側進行首次擴槽爆破，首次擴槽爆破是自中部掏槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於中部掏槽區兩側的第一道擴槽區。
第3次爆破，繼續向所述第一道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第一道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側進行逐孔微差爆破，形成位於第一道擴槽區外側的第二道擴槽區。
第4次爆破，繼續向所述第二道擴槽區的兩側進行擴槽爆破，是自第二道擴槽區形成的臨空面逐漸向兩側利用導爆管逐孔起爆，實現逐孔微差爆破，形成位於第二道擴槽區外側的第三道擴槽區。
對於經過第1次至第4次爆破所形成的臨空面，通過兩次掘進，每次掘進0.5米，形成深度為1米的乳化炸藥掏槽區2。
步驟3，在金屬膨脹劑爆破區1中，針對已形成的金屬膨脹爆破區炮孔6按分層和分次的起爆順序進行裝藥起爆，形成金屬膨脹劑爆破區1。
如圖5所示，該實施例在金屬膨脹劑爆破區1中共布置八層金屬膨脹爆破區炮孔6，相鄰金屬膨脹爆破區炮孔的間距為400毫米，各層間的間距為500毫米，金屬膨脹爆破區炮孔的孔徑為50毫米，孔深為1米；每孔裝金屬膨脹劑一支，每次最多爆破五支；首先對底層中間五孔實施第1次爆破，隨後向底層的一側進行第2爆破，再向底層的另一側進行第3次爆破；此後依層向上，逐層剝離完畢，形成金屬膨脹劑爆破區1。
步驟4，按常規方式實施乳化炸藥爆破區3的爆破施工。
具體實施中，可以按金屬膨脹爆破區炮孔6的深度將位於既有結構底板4以下的岩體9分區，依次在各區中實施步驟一至步驟五，完成岩體9中金屬膨脹爆破區1和乳化炸藥掏槽區2的施工，隨後再按常規方式實施乳化炸藥爆破區3的施工。
圖3中，ms1、ms3、ms5、ms6、ms7、ms8、ms9、ms10、ms11、ms12、ms13、ms14、ms15、ms16、ms17、ms18、ms19、ms20分別表示為雷管段別，其中ms1表示為1段非電毫秒雷管，ms3表示為3段非電毫秒雷管，其餘依次類推。
該實施例中在硬岩地層中進行開挖時，靠近構築物採用金屬膨脹劑爆破，在減少爆破震動對構築物破壞的同時，比一般靜態膨脹劑爆破相比，爆破時間大為縮短，極大提高了工效；在金屬膨脹爆破區之外，採用乳化炸藥進行掏槽爆破，掏槽形成的臨空面供金屬膨脹劑從構築物外圍逐漸靠近構築物對岩體進行爆破剝離，使得金屬膨脹劑爆破震動及爆破衝擊波破壞主要作用於靠近臨空面岩體，減少對構築物破壞，同時乳化炸藥掏槽區的爆破分層分次進行，實現逐孔爆破，通過控制一次起爆藥量，將到構築物處的爆破振動控制在安全範圍以內；在臨近構築物處設定密布的隔震孔，吸收了爆破震動和爆破衝擊波能量，減少爆破震動及爆破衝擊波對構築物的破壞。該發明方法尤其適用於硬岩地層中靠近構築物的地下開挖。
榮譽表彰
2019年5月16日，《緊貼地下既有構築物硬岩隧道混合爆破的綜合減震方法》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
