[0001] 本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种使用地铁隧道爆破减振装药结构的高效爆破减振方法。

[0002] 地铁隧道是一种用于城市轨道交通的隧道设施，它是隧道中的一种类型，通常位于地表以下，用以支持地铁系统的运行，随着城市轨道交通的迅猛发展，地铁隧道施工越来越多，减小乃至消除隧道钻爆法开挖地下岩体时邻近建(构)筑物的振动效应一直是爆破工程和地下工程领域致力于解决的重要课题。

[0003] 现有技术中城市复杂环境下进行钻爆法施工存在以下缺点：(1)爆破进尺受限，尤其是在对地铁隧道爆破规模和振动控制要求极其严格的地区，单次循环进尺限制为一定范围，造成施工成本的增大，如何在振动控制下适当增加爆破循环进尺和施工效率意义重大；(2)紧邻城市闹市区以及各类建构筑物密集的敏感区域，大断面地铁车站爆破振动难以实现精准控制；(3)爆破区域围岩节理发育条件下，当爆破振动过大时围岩松动圈大，局部掉块多，地铁隧道施工安全风险高，现有的短进尺微差爆破、预裂爆破、采用复合掏槽及利用爆炸应力波干扰等以降低及控制爆破振动强度，但此类措施因需缩短单次循环进尺和过度使用工业电子雷管等，进而导致隧道掘进效率降低、工程成本增加，难以进一步推广应用。

[0026] 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。

[0027] 如图1所示，一种使用地铁隧道爆破减振装药结构的高效爆破减振方法，其特征在于，具体步骤包括：

[0028] S1：于隧道开挖掌子面关键部位布置空孔；

[0029] S2：在炮孔孔底预留空间并放置长度为3‑5cm的间隔材料；

[0030] S3：将隔振材料粘贴于药柱上，并将其和炸药一同放入炮孔，直至与孔底间隔材料接触；

[0031] S4：装药后使用水沙袋进行填塞，使用工业电子雷管逐孔起爆；

[0032] 其中，装药过程中保持隔振材料对准需要控振方向，使用工业电子雷管对爆破网路精心设计，具体起爆方式为逐孔起爆起爆顺序为：首先起爆掏槽孔，此后依次为下部辅助孔‑底板孔‑上部辅助孔‑周边孔，保证先爆孔能为后续炮孔提供充分的自由面条件，本发明实现对爆破振动的精准控制，减少了施工成本，在振动控制下适当增加爆破循环进尺，提高了施工效率，适用于地下工程地铁隧道钻爆法开挖中，还能广泛应用于水利水电工程、矿山建造等领域中，丰富了爆破装药结构类型和岩土工程爆破振动精准控制技术，具有有效性和广泛性，本发明创新性并将其灵活应用于隧道爆破装药孔中，同时大量隧道开挖爆破实践表明，掏槽爆破时仅存在一个自由面，岩体爆破夹制作用大，且装药集中程度高，致使其爆破产生的振动最为强烈。可见，掏槽爆破方式是决定隧道掘进爆破振动强度的关键，针对这一工程实际，本发明还提出了一种合理布置减振孔的方法，最后联合以上偏心不耦合隔振结构、减振孔合理布置方式以及逐孔起爆最佳间隔时间的计算方法等综合提出一种适用于城市复杂环境的地铁隧道爆破偏心不耦合减振装药结构和高效爆破减振方法，以期从爆源和传播途径上改善爆破能量的分布和传播规律，实现敏感环境下爆破振动的精准控制，同时为类似岩土爆破工程安全施工提供相关借鉴。

[0033] 如图1‑图6所示，所述减振空孔的布置方法，具有步骤如下：部分空孔布置在掏槽孔孔间连线中心处，另一部分空孔布置在掏槽孔与上部辅助孔中间，距掏槽孔间距为40cm。

[0034] 偏心不耦合减振装药结构中，提及的隔振粘贴材料包括泡沫材料，但不限于此，还包括能实现与本结构类似的等同功能材料(如聚乙烯闭孔泡沫、沥青、空气柱等)，上述结构提及孔底间隔材料包括PVC管，但不限于此，还包括能实现与本结构类似的等同功能材料(如空气间隔袋等)，孔底PVC管长度为3‑5cm，隔振材料长度与药柱一致，厚度为4‑5mm，隔振材料放置于偏向地表一侧，进而削弱地表侧的爆破地震效应。

[0035] 使用工业电子雷管对爆破网路精心设计，具体起爆方式为逐孔起爆，逐孔起爆延期时间的确定流程如下：首先通过公式错峰减振计算公式 n＝0,1,2,3,4,5.......和波峰波谷干扰叠加公式： n＝0,1,2,3,4,
5.......综合获得Δt的计算方法，然后通过现场单孔试爆试验获取爆破振动曲线周期T和n，进而得出Δt的范围，最后通过理论和现场爆破振动监测试验结果(地表测点峰值振速和平均振速)综合确定与现场围岩条件相匹配的Δt取值。

[0036] 炮孔的装药方式为间隔装药，从炮孔孔口至孔底依次为水沙袋、粘贴隔振材料的2号岩石乳化炸药以及孔底PVC塑料管，布置在掏槽区域减振孔数量与掏槽孔数量一致，且位于掏槽孔孔间中心处，另一部分掏槽孔布置在掏槽孔正上方岩体中，空孔与掏槽孔的间距为60cm，减振空孔均为直孔，其孔径和孔深等参数和装药炮孔一致。

[0037] 关于设计原理，如图2所示，在隧道爆破中，通常认为爆轰压力与装药不耦合系数之间存在以下关系：

[0038]

[0039] 式中径向不耦合装药系数 轴向不耦合系数 pm为爆生气体的平均爆轰压力；

[0040] pH和vH为爆轰波阵面上的爆轰压力和速度，pH和vH为共轭点的爆轰压力和速度，γ＝3，k＝1.2‑1.4。

[0041] 根据柱面波理论、长柱状装药中的子波理论以及短柱状药包激发的应力波场Heelan解的分析，对岩石爆破中质点峰值振动速度衰减公式做出以下改进。

[0042]

[0043] 结合公式(1)‑(2)，孔壁上质点峰值振动速度衰减公式又可改写如下：

[0044]

[0045] 该公式表明质点振动效应与径向和轴向不耦合系数密切相关。

[0046] 设炮孔孔壁上任意质点至与炮孔中心距离和药卷中心的距离比值定义为该质点的不耦合系数K，则根据中心装药不耦合系数K的计算公式(5)，可推导炮孔壁上任意一点E的不耦合系数KE。

[0047]

[0048]

[0049] 式中：根据图3进行三角代换，其公式可表达为：

[0050]

[0051] 将公式(6)带入公式(1‑3)便可得到孔壁上 范围内任意一点的压力和振速分别为：

[0052]

[0053]

[0054] 如图4所示，由公式(7)‑(8)特征可发现B点及其平行侧质点的应力和振速小于其对称侧，同时在C‑B‑D侧还添加了相应的隔振材料，这意味着使用该结构可降低爆炸冲击应力波对保留岩体的冲击作用，而提升其余方向爆破破岩效率，能有效保证爆破开挖区域整体破岩效率，同时减弱了爆破后冲作用和爆破地震效应，从爆源上精准控制控制爆炸波的分布规律。

[0055] 现提供在山东省某地铁车站现场开展相关试验的实施例，现场原方案为逐孔起爆，试验里程围岩等级为围岩分级为Ⅳ1和Ⅳ2，其拱顶埋深约35.2‑36.2m之间，现场原方案为逐孔起爆(无任何减振措施)，孔间延期时间取35ms，方案掏槽方式采用3级掏槽，其余详细参数见表1，现在使用本发明方法进行验证：

[0056] (1)将现场装药结构(掏槽孔、辅助孔和底板孔)方案优化为本专利提出的偏心不耦合减振装药结构和高效爆破减振方法，具体步骤为：针对掏槽孔、辅助孔和底板孔，先将PVC塑料管(5)塞入孔底，再将隔振材料(2)粘贴于炸药(1)上，并保证隔振材料(2)对准地表方向，最后使用水沙袋(3)进行填塞；

[0057] (2)在掏槽孔间连线中心处预先布置空孔(6)，孔径为42cm，孔深为95cm，同时在掏槽孔正上方布置对应的减振空孔(7)，间距为40cm(如附图6)；

[0058] (3)理论计算公式和现场试爆试验确定合理孔间延期时间为45ms；

[0059] (4)使用工业电子雷管正常起爆，起爆顺序如图5标注所示，充分保证先爆孔为后续炮孔提供充足自由面条件；

[0060] (5)同时在地表正上方两侧共布置7个监测点，每个测点之间间距为5m，发现掌子面正上方测点峰值振速均低于0.16cm/s，平均振速不大于0.12cm/s，远低于原设计的安全振速阈值0.3cm/s，同样远低于《爆破安全规程》(GB 6722‑2014)中相关规定。对比传统方案，发现本专利提供方法可使得测点爆破振动峰值振速降低40％左右，同时现场破岩效果能满足工程需求，在实现爆破振动精准控制的同时，也为城市敏感区域类似工程突破固定循环进尺提供了一定参考。

[0061] 表1现场爆破参数

[0062]

[0063] 以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

[0064] 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。