CN108592726B - 一种用于基坑开挖的预裂***参数设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,在***岩石上设置的一排炮孔,炮孔内部独立设置有装药装置,装药装置的***与外部的***通过导线联接,在爆心所在的主爆区***前***无时差引爆起爆装药装置,使岩石在开挖面处拉断,形成整齐贯通裂隙的轮廓线;本发明通过精确控制***时差、炮孔参数、不耦合系数、孔间距系数、装药剂量等参数,实现了微风化花岗岩、中风化花岗岩等岩体的精确预裂缝宽及预裂壁面平整度控制,比传统的***减振效果提高30%,有效保护了岩壁和边坡稳定,可用于城市地铁车站基坑***开挖等基坑的预裂***,达到减震和保护岩壁的双重效果。
Description
技术领域
本发明属于***工程技术领域,具体涉及一种用于基坑开挖的预裂***炮孔装药装置及参数设计方法。
背景技术
预裂***在地下开挖工程、边坡治理及大型***的防震减震等工程中得到广泛应用。预裂***是指进行石方开挖时,在主爆区***之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝,以缓冲、反射开挖***的振动波,控制其对保留岩体的破坏影响,使之获得较平整的开挖轮廓。预裂***不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用;在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂***。
目前在预裂***中主要采用串联间隔装药结构,其根据规定的线装药密度的大小,把标准药卷或自行改制的小药卷每隔一定距离捆扎在导爆索上,并一起绑扎在竹片上或竹竿上,放入孔内。其存在的问题是实施中安装的位置难以精确控制,最终影响到预裂***效果。
发明内容
本发明提出了一种用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,在成排的炮孔内部设置有装药装置,采用该装药装置并结合优化设计的炮孔孔距、炮孔直径、药卷直径和孔间距等参数,确保了预裂效果和轮廓线的完整度,并降低了***冲击波压力峰值,减小了对***岩石的破坏。
本发明的具体技术方案如下:
一种用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:在***岩石上设置的一排炮孔,炮孔内部独立设置有装药装置,装药装置的***与外部的***通过导线联接,在爆心所在的主爆区***前***无时差引爆起爆装药装置,使岩石在开挖面处拉断,形成整齐贯通裂隙的轮廓线;
所述的装药装置包括密封圆筒和设置在圆筒中的支杆、底部垫层、电子***和若干个由导爆索串联的***包,所述的底部垫层安装在圆筒的底部,支杆嵌入至底部垫层内部并固定在圆筒中心位置,所述的***包固定在支杆上,电子***与其中的某一只***包固定在一起,并通过导线与外部的***连接;所述的圆筒顶端安装有孔塞,所述的圆筒中充满水介质;
所述的炮孔按照以下的参数设置:
L=0.5a;
D=(2~4)d;
E=a/D=7~12;
b<50cm;
其中L为轮廓线与炮孔之间连线的距离,a为炮孔的孔距;D为炮孔直径,d为药卷直径,E为孔间距系数,b为相邻***包的间距。
进一步的,所述的支杆为铁丝,嵌入在底部垫层内部。
进一步的,圆筒采用PVC材料制成。
进一步的,密封圆筒的上部设置有孔塞,实现内部密封。
进一步的,所述的孔塞为橡胶制成的圆锥面结构。
进一步的,底部垫层采用可发性聚苯乙烯泡沫成型制成。
进一步的,***的导线通过孔塞中部的通孔穿出。
进一步的,底部垫层的中心设置有固定孔,支杆安装在固定孔上。
本发明具有的有益技术效果如下:
1、本发明通过精确控制***时差、炮孔参数、不耦合系数、孔间距系数、装药剂量等参数,实现了微风化花岗岩、中风化花岗岩等岩体的精确预裂缝宽及预裂壁面平整度控制,比传统的***减振效果提高30%,有效保护了岩壁和边坡稳定,可用于城市地铁车站基坑***开挖等基坑的预裂***,达到减震和保护岩壁的双重效果。
2、本发明在***岩石上设置的一排炮孔,炮孔内部独立设置有圆筒状的装药装置,通过电子***对炮孔进行无时差起爆,确保了预裂效果。同时***设置在圆筒的中心线上,且圆筒的外径和炮孔内径相接近,确保了安装及***过程中***处于炮孔的中心位置上,进而克服了传统预裂***中***位置安装随意性大、***精度不高的问题,确保了预裂***轮廓线的完整度。
3、本发明在装药圆筒的底部设置了底部垫层,且可以根据需要来改变底部垫层的高度,适应了***工程中对炮孔不同高程参数的要求,同时该底部垫层采用泡沫制成,对******进行缓冲,起到了保护对***轮廓线的保护作用。
4、本发明圆筒采用密封结构同时在内部充满了水介质,******过程中,降低了***冲击波压力峰值,减小了对***岩石的破坏,确保了轮廓线的完整度;同时水介质还可以充当填充物,堵塞炮孔,减少***能量的损耗,并防止***施工中的冲泡事故发生。
5、本发明的孔塞中心设置有通孔,底部垫层的中心设置固定孔,支杆的一端安装在固定孔上,另一端穿过孔塞中心的通孔,从而确保了支杆处于圆筒的中心线上,最终确保了***处于圆筒的中心位置,提高了预裂***的精度,而且具有结构简单、大规模实施方便的特点。
附图说明
图1为本发明预裂******组成原理示意图;
图2本发明预裂***炮孔装药装置的结构示意图;
图3为本发明装药装置在预裂***炮孔中安装示意图;
附图标记如下:
1—支杆;2—电子***;3—水介质;4—***包;5—导爆索;6—圆筒;7—孔塞;9—导线;10—炮孔;11—爆心;12—主爆区;13—轮廓线;14—岩石;15—底部垫层;16—通孔;20—装药装置;21—***。
具体实施方式
一、预裂***炮孔装药***及装置
如图1所示,预裂***是在***岩石14上钻一排炮孔10,装药装置20设置在炮孔10内部,采用不耦合装药方式,在爆心11所在的主爆区12***前***21引爆内部的电子***,起爆这一排装药装置,使岩石14在开挖面处拉断,形成整齐贯通裂隙的轮廓线13。
为了实现预裂***的效果进行精确控制,并获得理想的***轮廓线,本专利的构想是克服传统的随意装药的方式,而采用精确设计的装药结构,确保***在炮孔的设定的位置进行***,同时降低***的冲击波峰值,对孔壁进行保护。
如图2和3所示,本发明的装药装置包括密封圆筒6和设置在圆筒6中的支杆1、底部垫层15、电子***2和若干只由导爆索5联为串状的***包4,***包4的药量根据理论计算精确控制,其中电子***2与其中的某一只***包4固定在一起,并通过导线9与外部的***连接;***包4和***包4之间由导爆索5联接,其目的是确保在其中的一只***包4被***引爆后,能可靠地引爆其他***包4***。
底部垫层15安装在圆筒6的底部,支杆1嵌入至底部垫层15内部并固定在圆筒中心位置,所述的***包固定在支杆上,可确保***处于圆筒6的中心线位置,而实施中,圆筒6的外径小于炮孔10内径5-10mm,且圆筒6放置在炮孔10的中心位置,可确保每只***包4从炮孔10的中心线处开始起爆,从而对预裂效果进行精确控制。
为了减小对炮孔岩壁的破坏,本发明圆筒6的顶端设置孔塞7,孔塞7可采用橡胶制成的圆锥面结构,压紧在在圆筒6的顶端。孔塞7的中心设置有通孔16,电子***2的导线9通过孔塞7的通孔16穿出,并在挤压力的作用下实现圆筒6的内部密封。
圆筒6内部充满水介质3,可降低***冲击波的初始峰值压力,延长冲击波的作用时间,减少对岩壁的破坏,确保保留岩壁的稳定度,同时水介质3还可以充当填充物,堵塞炮孔,减少***能量的损耗,防止***施工中的冲泡事故发生。
圆筒6的底部设置了底部垫层15,且可以根据需要来改变底部垫层15的厚度,适应了***工程中对炮孔不同高程参数的要求,同时该底部垫层15采用泡沫制成,对******进行缓冲,减少对岩壁的破坏,起到了保护对***轮廓线的保护作用。
圆筒6采用了PVC圆管结构,自身也有部分缓冲作用,底部垫层15固定在圆筒6的底部,底部垫层15的中部开有固定孔,支杆1固定在该固定孔中,确保其处于圆筒6的中心位置。底部垫层15可采用可发性聚苯乙烯泡沫成型制成,支杆1可采用铁丝,下端直接***并固定在泡沫中部,上端则穿过孔塞8的中心通孔16,上下进行了限位,确保了固定位置的精度。
二、预裂***参数设计
预裂***设计中主要考虑***时差、炮孔参数、不耦合系数、孔间距系数、装药参数等。
(1)***时差
理论分析与工程实践均表明,一排预裂孔起爆时差越短,预裂效果就越好。本专利使用数码电子***对正排的炮孔进行同时起爆,起爆时差接近为零,而一般的导爆管***时差难以控制,通常至少在几个毫秒。目前数码电子***可在水介质中浸泡10小时左右而仍然可靠引爆。
(2)炮孔参数
炮孔直径为90mm、120mm两种。一般情况下炮孔深度即预裂孔底应达到开挖基坑层底高程。本发明预裂孔深比孔底要超深1.0~2.0m。如果此超深对基岩的破坏为工程所不允许,则应适当提高孔底高程,或者孔底高程不变,而在孔底部0.5~1m处不装***。本发明则通过改变圆筒6底部的底部垫层15厚度,很简单满足了此方面的要求。
(3)不耦合系数ξ
预裂***时,为使岩体开裂而又不使岩壁遭受破坏,希望***冲击波作用于孔壁上的径向压力要低于岩体的极限抗压强度,而由此派生的切向拉伸应力则要超过岩体的抗拉强度。这对于岩石、混凝土等一些脆性材料来说,是比较容易达到的。通常岩石的抗压强度为10~100MPa以上,而抗拉强度却要低得多,还不到它的1/10,这就为满足上述要求,提供了有利的条件。
在一般情况下,******时药包表面的冲击波压力峰值,可达1000MPa以上,这个数值已远远超过了岩石的抗压强度,因此,药包周围的岩体,被压碎成粉状,为了减轻作用于岩壁上的压力,除了采用低猛度、低爆速***以外,尚需采取不耦合装药结构,即炮孔直径D要大于药卷直径d。不耦合系数ξ的定义为ξ=D/d。因为D≥d,故总有ξ≥1。不耦合系数可用下列经验公式确定:
ξ=1+18.32σ-0.26,式中,σ为岩石极限抗压强度,等于105Pa。本发明的参数设计中取ξ=2~4,即D=(2~4)d。
(4)孔间距系数
孔间距系数E为孔距a与炮孔直径D的比值,即
E=a/D
孔距a与孔间距系数E是预裂***的重要参数。若仅从提高施工效率来讲,选取较大的孔距可以减少预裂孔钻孔数量,但这将使单孔药量增加,不能保证预裂壁面的平整和保留基岩的完整。理论研究与工程实践均证明,采用小孔距、分散装药的办法,其预裂***效果比较好。
当d一定时,在ξ=2~4范围内,若将a与D成正比地增加,必然引起预裂质量的下降;换言之,要保持一定的预裂质量,随着D的增加,尤其是对于重要工程要求预裂壁面平整度高时,应采用较小的E值。本发明的孔间距系数E=7~12,且轮廓线与炮孔之间连线的距离L约为孔距a的一半。
(5)装药参数
线装药密度一般取250~400g/m3,药包结构采用分散药卷的形式固定值支杆上,分散药卷的相邻间距b不大于药卷的殉爆距离50cm。考虑到孔底的夹制作用,底部药包应加强当量,约为中上部线装药密度的2~5倍。装药时距孔口1m左右的深度内不装药,可通过调节最上端的药包与圆筒顶部的距离来实现。
多次试验验证结果表明:本发明的装药装置及***参数设计,实现了预裂缝在微风化花岗岩中缝宽大于1.0cm,在中风化花岗岩岩石中缝宽达到1.5cm以上,且实测振动参数比无水介质的装药装置减振效果提高30%,预裂面开挖后的不平整度小于5cm,超欠率为正负5cm以内,预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于90%,且炮孔附近岩石不出现严重的***裂隙。本发明有效保护了岩壁和边坡稳定,可用于城市地铁车站基坑***开挖等基坑的预裂***,达到减震和保护岩壁的双重效果。
Claims (5)
1.一种用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:在***岩石上设置有一排炮孔,炮孔内部独立设置有装药装置,装药装置的***与外部的***通过导线联接,在爆心所在的主爆区***前***无时差引爆起爆装药装置,使岩石在开挖面处拉断,形成整齐贯通裂隙的轮廓线;
所述的装药装置包括密封圆筒和设置在圆筒中的支杆、底部垫层、电子***和若干个由导爆索串联的***包,所述的底部垫层安装在圆筒的底部,支杆嵌入至底部垫层内部并固定在圆筒中心位置,所述的***包固定在支杆上,电子***与其中的某一只***包固定在一起,并通过导线与外部的***连接;所述的圆筒顶端安装有孔塞,所述的圆筒中充满水介质;所述的底部垫层采用可发性聚苯乙烯泡沫成型制成;密封圆筒的上部设置有孔塞,实现内部密封;孔塞中心设置有通孔,底部垫层的中心设置固定孔,支杆的一端安装在固定孔上,另一端穿过孔塞中心的通孔;
所述的炮孔按照以下的参数设置:
L=0.5a;
D=(2~4)d;
E=a/D=7~12;
b<50cm;
其中L为轮廓线与炮孔之间连线的距离,a为炮孔的孔距;D为炮孔直径,d为药卷直径,E为孔间距系数,b为同一装药装置中相邻***包的间距。
2.根据权利要求1所述的用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:所述的支杆为铁丝,嵌入在底部垫层内部。
3.根据权利要求1所述的用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:圆筒采用PVC材料制成。
4.根据权利要求1所述的用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:所述的孔塞为橡胶制成的圆锥面结构。
5.根据权利要求1所述的用于基坑开挖的预裂***参数设计方法,其特征在于:***的导线通过孔塞中部的通孔穿出。
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