CN111121576A - 一种孤石深孔***方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市地下空间轨道交通工程领域，具体涉及一种孤石深孔***方法，建立孤石***计算模型，分区依次***；提取炮孔***后周边区域有效应力，判断有效应力大于孤石抗拉强度的区域尺寸是否满足盾构螺旋机出渣要求，若满足，则满足孤石***的要求；若不满足，则调整装药结构直至满足；与此同时，在临近建筑物处选取若干监测点，在***分区依次起爆时，通过调整相关装药结构，将各***分区产生的振动速度控制在合理范围内；将在***计算模型中模拟的合理范围内的***分区数、炮孔间距及单孔装药量运用到现场进行***。本发明经数值模拟分析选取合适的***方案，满足正常施工的前提下降低***风险，能有效控制***强度。

Description

一种孤石深孔***方法

技术领域

本发明涉及城市地下空间轨道交通工程领域，特别是一种孤石深孔***方法。

背景技术

盾构掘进过程中，常出现孤石不能被滚刀破碎，在刀盘前滚动，严重损坏刀具和刀盘的现象；同时孤石存在于自稳能力不好的残积层，洞内基本上无条件直接进行处理，因此盾构在存在孤石的花岗岩残积层中掘进，将面临极大的施工风险，严重影响工程进度及成本。因此，在盾构掘进中必须对孤石进行***预处理，以降低工程风险和加快施工进度。

在对孤石***常规处理中，根据经验设计炮孔和装药量，采取一次性***的方式；此***方法威力大，不易控制。在城市环境下的***法施工中，经常遇到临近建筑物振动影响问题，***力带来的过大的振动速度，会破坏临近建筑物，给周边环境带来潜在危险。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中***预处理中***力过大导致临近建筑物破坏的问题，提供一种孤石深孔***方法，满足正常施工的前提下有效控制***强度，减小振动速度，防止临近建筑物的破坏。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种孤石深孔***方法，事先建立孤石***计算模型，将孤石划分为若干个***分区，设置炮孔，分区依次***；***完成后，提取炮孔周边区域的有效应力，判断有效应力大于孤石抗拉强度的区域尺寸是否满足盾构螺旋机的出渣要求，若满足，则满足盾构掘进要求；若不满足，则调整炮孔间距、单孔装药量及***分区直至满足；与此同时，在临近建筑物处选取若干监测点，在***分区依次起爆时，通过调整炮孔间距、单孔装药量及***分区，将各***分区产生的振动速度控制在合理范围内；然后将在***计算模型中模拟的合理范围内的***分区数、炮孔间距及单孔装药量运用到现场进行***。

******后，孤石受***影响，基于***中心点由内到外有效应力逐渐降低；按照孤石的破坏程度依次分为粉碎区、裂隙区和振动区，不同的装药结构对孤石造成的破坏效果不同。当孤石***后的有效应力大于孤石的抗拉强度时，即两个相邻炮孔区域之间孤石的有效应力都大于孤石的抗拉强度，才能满足孤石都被炸裂。在有效应力小于孤石抗拉强度的孤石区域为振动区，在有效应力大于孤石抗拉强度且小于抗压强度的孤石区域为裂隙区，在有效应力大于孤石抗压强度的孤石区域为粉碎区。

本方案根据实际施工环境建立孤石***计算模型，经数值模拟分析选取合适的***方案，使得在孤石碎块满足螺旋机的出渣要求的前提下，孤石碎块的尺寸要尽量大，这样能够减少******所需用量，降低***强度、减小振动速度，降低对周边建筑物的***振动影响，防止临近建筑物的破坏；此外，对孤石分区***，不仅能够加快孤石***的施工效率，同时也避免了***对临近建筑物造成过大的冲击或挤压，有利于将***能量控制在可控范围内。

优选地，将所有***分区依次***后，或者每次起爆***分区后进行取芯验证，若***碎块的单边长度小于螺旋机的出渣尺寸，则满足盾构掘进要求，结束***；若不满足，则继续***，直至取芯验证孤石碎块单边长度满足盾构掘进要求。取芯验证保证现场***正常的施工条件，降低所建模型与现实的差异性带来的风险。

优选地，靠近临近建筑物的孤石区域划分为一个区域，其余孤石区域以对称原则划分，基于临近建筑物采取由远及近、顺序***的方式；增加孤石***分区，减少一次***量，由远及近***可以及时调整***方案、有效控制临近建筑物的***振速。

进一步地，在孤石相邻***分区之间设置隔离孔，保证相邻***分区孤石的完整性；在临近建筑物与孤石之间设置减振孔，可以有效减缓孤石***对临近建筑物的破坏。在孤石***计算模型的分析下，研究减振孔和隔离孔对孤石***有效应力扩散及分布的影响，可获知减振孔、隔离孔两侧单元有效应力相差较大，可以有效减弱孤石***对临近建筑物的破坏，保证相临***分区孤石的完整性。优选地，减振孔和隔离孔均设置两排，且交错布置，钻孔深度大于炮孔深度50cm，减缓***振速的效果更佳。

进一步地，在***的同时，对临近建筑物及周边其它建筑进行***振速监测，根据监测结果调整其它***分区的分区数量和一次***的规模，将***对临近建筑物及周边其它建筑的影响控制在安全允许的范围内，可有效实时调整、易于及时控制突发情况。

进一步地，结合已建立模型的数值分析，研究减小炮孔间距、减少单孔装药量对临近建筑物的振动影响，获取炮孔周边区域孤石单元的有效应力分布，分析有效应力是否满足盾构顺利掘进要求。经数值模拟分析，将靠近临近建筑物的***分区，相比其它***分区，减小炮孔的孔距和/或排距，在能有效粉碎该***分区的孤石体积的前提下，能有效控制***振速，防止临近建筑物破坏。

优选地，***分区划分五个，***一区～***五区，炮孔的钻孔深度超过盾构开挖边界1.0m。

进一步地，炮孔采用三角形布孔方式，有利于***能量均匀分布。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种孤石深孔***方法，将孤石划分为若干***分区顺序***，减少一次***量，并通过减振孔、隔离孔、减小孔距排距等减振措施，可以有效控制临近建筑物的***振速，防止临近建筑物的破坏。

2、本发明将现场测试和数值分析相结合，能实时调整***分区的***规模，将施工风险可控制在可接受范围内，对施工方法及安全防护措施有重要意义。

3、本发明安全可控，减少了盾构刀具的成本损失，提高了施工效率，对孤石***类施工有重要借鉴意义。

附图说明

图1是实施例1的施工平面示意图。

图2是***分区划分示意图。

图3是孤石***分区中的炮孔间距示意图。

图4是减振孔平面布置示意图。

图5是实施例1中炮孔的孔距和排距的指代距离示意图。

图6(a)是实施例2计算模型中的整体模型图。

图6(b)是实施例2计算模型中的内部结构图。

图7是实施例2中的孤石模型。

图8是实施例2中的炮孔简化图。

图9是实施例2中的***五区选取单元。

图10是图9***五区选取单元的有效应力时程曲线图。

图11(a)减振孔两侧单元有效应力云图。

图11(b)隔离孔两侧单元有效应力云图。

图12为减振孔、隔离孔两侧单元的有效应力时程曲线对比分析图。

图13是实施例2中选取的竖井监测点33276、27101、30769(由远及近)。

图14(a)是测点33276的振动时程曲线。

图14(b)是测点27101的振动时程曲线。

图14(c)是测点30769的振动时程曲线。

图标：1-孤石；2-竖井；3-减振孔；4-土体；5-炮孔；6-隔离孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种孤石深孔***方法，预先建立孤石***计算模型，将孤石划分为若干个***分区，设置炮孔，分区依次***；***后，提取炮孔周边区域的有效应力，判断有效应力大于孤石抗拉强度的区域尺寸是否满足盾构螺旋机的出渣要求，若满足，则满足孤石***要求；若不满足，则调整炮孔间距、单孔装药量及***分区直至满足；与此同时，在临近建筑物处选取若干监测点，在***分区依次起爆时，通过调整炮孔间距、单孔装药量及***分区，将各***分区产生的振动速度控制在合理范围内；然后将在***计算模型中模拟的合理范围内的***分区数、炮孔间距及单孔装药量运用到现场进行***。

将所有***分区依次***后，或者每次起爆***分区后进行取芯验证，若***碎块的单边长度小于螺旋机出渣尺寸30cm，则满足盾构掘进要求，结束***；若不满足，则继续***，直至取芯验证孤石碎块单边长度满足盾构掘进要求。

其中，在分区***时，靠近临近建筑物的孤石区域划分为一个区域，其余孤石区域以对称原则划分，基于临近建筑物采取由远及近、顺序***的方式。将孤石划分为若干个***分区，采取顺序***，不仅能够加快孤石***的施工效率，同时也避免了***对临近建筑物造成过大的冲击或挤压，有利于将***能量控制在可控范围内。

在某单洞单线圆形隧道,线路埋深15～20m，如图1，在区间右线(左线竖井2旁)存在对盾构掘进影响较大的中、微风化花岗岩孤石1，孤石1沿盾构掘进轴线长约17.88m、宽10.96m(布满盾构掘进横断面)、厚度8.05m(对盾构掘进产生影响的最大厚度为4.05m)，需***的方量约700m³，且孤石1在地面10m以下，没有临空面，很难进行石渣的抛掷，用盾构机也难以掘进施工，需对孤石1***处理；现场花岗岩的抗压强度σ_c＝120MPa，抗拉强度σ_t＝15MPa。

孤石1破碎范围主要为“爆腔、粉碎区、裂隙区”，为尽量扩大“爆腔、粉碎区、裂纹区”，钻取炮孔时，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径为110～120mm，成孔后，用直径90～110mmPVC套管护孔；采用直径60mm的岩石乳化***进行***，孤石1******单耗q取5.0kg/m³，***前孔口需遮盖，防止异物掉入而堵塞炮孔。

如图2，基于孤石1与竖井2结构的位置关系，***由北往南、由东往西的顺序进行，暂定***一区至***五区进行顺序***。***的同时，对临近建筑物及周边其它建筑进行***振速监测，根据监测结果调整其它***分区的分区数量和一次***的规模，将***对临近建筑物及周边其它建筑的影响控制在安全允许的范围内，可有效实时调整、易于及时控制突发情况。

考虑到爆区周边的环境状况，孤石1***采用多段别毫秒延期、小规模***、单孔单响的设计方案，如图3、5，炮孔5采用有利于***能量均匀分布的三角形布孔方式；***一区～***四区中炮孔5的孔距0.8m±2cm、排距0.7m±2cm，炮孔5的钻孔深度超过盾构开挖边界1.0m；为了减小***振动对竖井2周边围护桩的影响，靠近竖井2围护桩的***五区的炮孔5的孔距、排距调整为孔距0.6m±2cm、排距0.5m±2cm，从而减小单孔装药量，既能有效粉碎该***分区的孤石体积，又能有效控制***振速，防止临近建筑物破坏。

如图4，为防止孤石1***时竖井基坑围护桩和相邻***分区孤石1的完整性发生破坏，在竖井结构一侧距离盾构掘进边线1.5m处设置两排减振孔3，并在孤石1***分区之间设置两排隔离孔6。减振孔3和隔离孔6均交错布置，且钻孔深度大于炮孔5深度50cm以上，减振孔3深度还超过竖井2基坑底板深度；减振孔3与隔离孔6孔径均为127mm±2cm，孔距20cm±2cm，排距20cm±2cm。

孤石1***后，为了验证当前***方案是否满足盾构掘进要求，沿隧道纵向每延长5米进行钻孔取芯，若孤石1碎块满足单边长度小于螺旋机出渣尺寸30cm(亦即完整岩芯单向长度≤30cm)，则能确保盾构机顺利出渣及正常通过孤石1所在区段。经过现场取芯验证，孤石1***后岩芯单向长度≤30cm，盾构机可顺利通过孤石1***区域。

在对***振速检测时，为了分析孤石1***对临近构(建)筑物的振动影响，采用由TC-4850***振动测振仪对竖井2围护桩顶部、地点A(离***处距离更远)周围进行现场监测。当孤石1***一区、***五区***，地点A周围监测点均低于2.0cm/s，满足***安全规程(GB6722-2014)；且***五区的***振速值明显低于***一区的***振速值，表明减小炮孔5间距，减少单孔装药量，可以有效控制竖井2结构振动速度，防止临近建筑物的破坏。

需要说明的是，上文中所指的孔距指如图5中的a，排距指代距离b；±2cm是可波动的范围值。

实施例2

基于实施例1，在对孤石1***实地处理前，先通过数值分析方法研究***效果，从而选择调整合适的***方案。

1.孤石***计算模型

计算模型如图6(a)(b)所示，孤石1模型如图7，基于LS-DYNA动力有限元软件，结合施工现场探测绘制的孤石1所处位置的平、纵剖面图上的形状、尺寸以及位置相对关系，建立数值计算模型，分析孤石1***对临近竖井2结构的振动影响。其中，模型整体尺寸设定为35.74m(长度)×40.56m(宽度)×36.17m(高度)的无限均匀土体4介质，将孤石1划分成五个区域，采取距临近竖井2结构由远及近、依次***的方式。

为了研究减小炮孔5间距，减少单孔装药量对临近建筑物物的振动影响，将炮孔5间距调整为0.5m×0.4m，***调整为直径32mm的岩石乳化***；与此同时，考虑到建模的复杂性，将炮孔5简化为距离竖井2最近、影响最大的若干个炮孔5，如图8，分析其***效果及对竖井2结构安全的影响。

考虑到孤石1***五区离竖井2结构最近，以***五区为例，研究减少装药量对竖井2结构的振动影响。

计算中，采用任意拉格朗日欧拉算法(ALE)模拟孤石1***对竖井2结构的振动影响。土体采用MAT_SOIL_AND_FOAM模型。***单元采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN模型，结合JWL状态方程计算******过程中压力与体积的关系，表达式如下：

式中：第一项表示高压，第二项表示低压；V为相对体积，E₀为初始内能密度，A、B、R₁、R₂、ω为与***性质相关的参数，由圆筒实验确定，***单元计算参数如下表1。

表1***单元计算参数

孤石1为MAT_PLASTIC_KINEMATIC模型，材料参数见下表2。

表2孤石计算参数

竖井2结构采用MAT_ELASTIC模型，材料参数见表3。

表3竖井计算参数

隔离孔6和减振孔3等效为空气单元，其状态方程见公式：

P＝C₀+C₁μ+C₂μ²+C₃μ³+(C₄+C₅μ+C₆μ²)E；

材料参数见表4。

表4空气单元参数

2、孤石破碎效果分析

孤石***的破坏作用是以动态有效压应力和动态有效拉应力的形式出现，其破坏过程需要在一段时间内有相对稳定的应力作用才能实现，因此炮孔周边区域的选取单元主要取决于在***波动段的有效应力平均值，有效应力峰值只起参考作用。所选取单元对应的变化曲线在***波动段的有效应力平均值

满足：

为了解炮孔5周边区域孤石1的有效应力分布，在LS-PREPOST软件中提取了***时炮孔5周边单元有效应力云图，并同时提取局部放大图。其中，炮孔5布置可看成基本三角形布孔的重复，如图9，选取炮孔5周边四个单元H41611，H38311，H41561和H38286，即可以分析整个***五区能否达到盾构顺利掘进要求。

这四个单元有效应力时程曲线如图10。其中单元H41561有效应力最小，为16.2MPa，大于孤石抗拉强度且小于孤石抗压强度，满足裂隙区条件，也满足盾构顺利通过孤石群的掘进要求。

为研究减振孔3、隔离孔6对***有效应力扩散及分布的影响，选取减振孔3、隔离孔6两侧单元对比分析，如图11(a)(b)所示，有效应力时程曲线如图12；结果可获知减振孔3、隔离孔6两侧单元有效应力相差较大，可以有效减弱孤石1***对竖井2围护桩的破坏，保证相邻***分区孤石1的完整性。

3、竖井振动效应分析

取不同位置监测点分析孤石1***时对竖井2的振动影响，监测点如图13所示，获取竖井2监测点振动时程曲线如图14(a)(b)(c)；从竖井2监测点振速时程曲线可以看出，监测点振动速度均小于2cm/s，孤石1***五区在***过程中使临近竖井2结构产生的振动速度控制在合理范围内，不会对竖井2结构造成破坏或损伤，因此增加孤石1***分区，减少一次***量，可以有效减小临近建筑物的振动影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种孤石深孔***方法，其特征在于，

建立孤石***计算模型，将孤石划分为若干个***分区，设置炮孔，分区依次***；***完成后，提取炮孔周边区域的有效应力，判断有效应力大于孤石抗拉强度的区域尺寸是否满足盾构螺旋机的出渣要求，若满足，则满足盾构掘进要求；若不满足，则调整炮孔间距、单孔装药量及***分区直至满足；与此同时，在临近建筑物处选取若干监测点，在***分区依次起爆时，通过调整炮孔间距、单孔装药量及***分区，将各***分区产生的振动速度控制在合理范围内；

将在***计算模型中模拟的合理范围内的***分区数、炮孔间距及单孔装药量运用到现场进行***。

2.根据权利要求1所述的孤石深孔***方法，其特征在于，将所有***分区依次***后，或者每次起爆***分区后进行取芯验证，若***碎块的单边长度小于螺旋机出渣尺寸，则满足盾构掘进要求，结束***；若不满足，则继续***，直至取芯验证孤石碎块单边长度满足盾构掘进要求。

3.根据权利要求2所述的孤石深孔***方法，其特征在于，靠近临近建筑物的孤石区域划分为一个区域，其余孤石区域以对称原则划分，基于临近建筑物采取由远及近、顺序***的方式。

4.根据权利要求3所述的孤石深孔***方法，其特征在于，在临近建筑物与孤石之间设置减振孔，在孤石相邻***分区之间设置隔离孔。

5.根据权利要求4所述的孤石深孔***方法，其特征在于，减振孔和隔离孔均设置两排，且交错布置，钻孔深度大于炮孔深度50cm。

6.根据权利要求5所述的孤石深孔***方法，其特征在于，临近建筑物为竖井，在竖井机构一侧距离盾构掘进线1.5m处设置减振孔。

7.根据权利要求1-6任一项所述的孤石深孔***方法，其特征在于，现场***的同时，对临近建筑物及周边其它建筑进行***振速监测，根据监测结果调整其它***分区的分区数量和一次***的规模，将***对临近建筑物及周边其它建筑的影响控制在安全允许的范围内。

8.根据权利要求7所述的孤石深孔***方法，其特征在于，靠近临近建筑物的***分区，相比其它***分区，炮孔的孔距和/或排距更小。

9.根据权利要求8所述的孤石深孔***方法，其特征在于，***分区有五个，***一区～***五区，其中***五区靠近临近建筑物竖井，***一区～***四区中炮孔的孔距0.8m±2cm、排距0.7m±2cm，炮孔的钻孔深度超过盾构开挖边界1.0m；***五区的孔距0.6m±2cm、排距0.5m±2cm。

10.根据权利要求8所述的孤石深孔***方法，其特征在于，炮孔采用三角形布孔方式。

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