一种地下空间定向隔离和非隔离组合式光面爆破开挖方法与流程

本发明涉及隧道钻爆法开挖的，尤其是一种地下空间定向隔离和非隔离组合式光面爆破开挖方法。

背景技术：

1、爆破技术是利用炸药爆炸的能量破坏某种物体的原结构并实现不同工程目的所采取的药包布置和起爆方法的一种工程技术。由于爆破技术可以节省大量的人力、物力，目前在隧道开掘中已经得到广泛采用。但存在以下问题：(1)传统爆破对围岩破坏的不规则性，经常造成隧道开掘过程的超挖、欠挖，甚至塌方等事故，隧道超挖问题严重，通常达到30cm以上，后期支护困难，还需要增加二次衬砌厚度，增加施工工期、材料成本；(2)开掘隧道时需要保持围岩的良好稳定性，而传统的爆破技术难以控制爆破强度，对岩体破坏扰动程度大，不利于隧道之后的稳固支护；(3)隧道超欠挖与掌子面周边孔布置和爆炸波传播有关，传统的药卷放置方法无法实现掌子面岩体的定向范围爆破，也会导致隧道的超挖，以及达不到光面爆破效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种地下空间定向隔离和非隔离组合式光面爆破开挖方法，利用定角安装器对可控定向隔离范围缓冲炮进行定角度安装，定角安装器由基板、刻度标尺、水准泡和炮孔安装头组成，圆形的基板中心设置带周向分布角度的角度调节孔，基板中心与角度调节孔对应处存在一炮孔安装头，用于对准炮孔，基板0°和180°侧设置水准泡；通过定角安装器调正可控定向隔离范围缓冲炮的滑瓣机构朝向周边炮孔轮廓线外，且半圆直径与对应轮廓点切线平行，实现可控定向隔离范围缓冲炮的滑瓣机构的角度可迅速精确安装入掌子面炮孔内，实现精确控制隔离爆破范围的目的，有利于保护隧道标准轮廓线以外围岩的完整与稳定、控制隧道超欠挖以及有利于保证隧道轮廓完整规则，实现光面爆破效果。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种地下空间定向隔离和非隔离组合式光面爆破开挖方法，所述方法包括以下步骤：

4、（s1）在掌子面岩体的周边炮孔轮廓线上间隔布置多个周边炮孔，并在所述周边炮孔内装入可控定向隔离范围缓冲炮，用于定向隔离爆破，其中，所述可控定向隔离范围缓冲炮包括药卷和隔离组件，所述隔离组件断面为圆弧状并设于所述药卷侧面；在所述掌子面岩体的辅助炮孔轮廓线和掏槽炮孔轮廓线上间隔布设所述药卷，用于非隔离爆破；

5、（s2）所述周边炮孔和所述可控定向隔离范围缓冲炮的序号均依次对应为1、2、3…、 i、…、 n，根据周边炮孔轮廓线方程 f( x,  y)或坐标系列可求导得，所述周边炮孔轮廓线的过第i个所述周边炮孔圆心的切线与水平线形成夹角为：

6、 θ i = atan[ f′( x,  y)]；

7、设第 i-1个所述周边炮孔与第 i个所述周边炮孔间距为 l i-1,  i，设第 i个所述周边炮孔与第 i+1个所述周边炮孔间距为 l i,  i+1；所述周边炮孔与隧道标准轮廓线间距为 h；第 i个所述周边炮孔内所述可控定向范围隔离缓冲炮的所述隔离组件下端面和上端面与所述水平线之间的夹角分别为：

8、 β i,1  =180°+ θ i- α i, 1 =180°+atan[ f′( x,  y)]-atan(2 h/ l i-1,  i)；

9、 β i,2  =θ i+ α i, 2 = atan[ f′( x,  y)]+atan(2 h/ l i,  i+1)；

10、式中， α i, 1 = atan(2 h/ l i-1,  i)， α i, 2 = atan(2 h/ l i,  i+1)；

11、（s3）在所述周边炮孔内填充封堵材料，以对所述周边炮孔进行封堵，从而完成所述可控定向隔离范围缓冲炮的安装；

12、（s4）起爆所述周边炮孔轮廓线、所述辅助炮孔轮廓线和所述掏槽炮孔轮廓线上的所述药卷，实现定向隔离爆破与非隔离爆破。

13、所述周边炮孔轮廓线上的所述药卷通过可控定向隔离范围缓冲炮筒进行安装，所述可控定向隔离范围缓冲炮筒包括同轴设置的滑瓣机构和药卷放置筒，所述滑瓣机构与所述药卷放置筒之间填充有消能材料，所述滑瓣机构、所述药卷放置筒和所述消能材料之间形成所述隔离组件；所述药卷放置筒由药卷放置筒外节和药卷放置筒内节组成，所述药卷放置筒外节和所述药卷放置筒内节均包括一药卷放置筒伸缩头和一环箍，两所述药卷放置筒伸缩头之间形成用于放置所述药卷的半圆内筒，两所述环箍设于所述半圆内筒的两端并用于固定所述药卷，两所述药卷放置筒伸缩头沿所述半圆内筒轴向作相对或相背运动，以实现所述半圆内筒收缩或伸长；所述滑瓣机构由外滑瓣和内滑瓣组成，所述内滑瓣设于所述外滑瓣内，所述外滑瓣和所述内滑瓣均沿所述半圆内筒外侧弧向进行移动，所述外滑瓣和所述内滑瓣分别沿其轴向进行伸缩运动。

14、所述外滑瓣由外滑瓣外节和外滑瓣内节组成，所述外滑瓣外节和所述外滑瓣内节均包括一外滑瓣径向端板、一外滑瓣伸缩头和一外滑瓣轴向端板伸缩头，两所述外滑瓣伸缩头之间形成外滑瓣侧板，两所述外滑瓣伸缩头沿所述外滑瓣侧板轴向作相对或相背运动，以实现所述外滑瓣侧板收缩或伸长，两所述外滑瓣径向端板设于所述外滑瓣侧板的两径向侧，两所述外滑瓣轴向端板伸缩头之间形成外滑瓣轴向端板，两所述外滑瓣轴向端板伸缩头沿所述外滑瓣轴向端板长度方向作相对或相背运动，以实现所述外滑瓣轴向端板收缩或伸长，所述外滑瓣轴向端板设于所述外滑瓣侧板的一轴向侧；所述内滑瓣由内滑瓣外节和内滑瓣内节组成，所述内滑瓣外节和所述内滑瓣内节均包括一内滑瓣径向端板、一内滑瓣伸缩头和一内滑瓣轴向端板伸缩头，两所述内滑瓣伸缩头之间形成内滑瓣侧板，两所述内滑瓣伸缩头沿所述内滑瓣侧板轴向作相对或相背运动，以实现所述内滑瓣侧板收缩或伸长，两所述内滑瓣径向端板设于所述内滑瓣侧板的两径向侧，两所述内滑瓣轴向端板伸缩头之间形成内滑瓣轴向端板，两所述内滑瓣轴向端板伸缩头沿所述内滑瓣轴向端板长度方向作相对或相背运动，以实现所述内滑瓣轴向端板收缩或伸长，所述内滑瓣轴向端板设于所述内滑瓣侧板的一轴向侧。

15、两所述药卷放置筒伸缩头均沿其外侧弧向设置有一外滑瓣滑槽和一内滑瓣滑槽，所述外滑瓣径向端板上连接有同所述外滑瓣滑槽相配合的外滑瓣径向端板滑块，所述内滑瓣径向端板上连接有同所述内滑瓣滑槽相配合的内滑瓣径向端板滑块。

16、所述外滑瓣侧板沿其内侧轴向交替设有外滑瓣滑动卡齿和外滑瓣滑动卡槽，所述外滑瓣滑动卡齿和所述外滑瓣滑动卡槽均沿所述外滑瓣侧板弧向设置，所述内滑瓣侧板沿其外侧轴向交替设有内滑瓣滑动卡齿和内滑瓣滑动卡槽，所述内滑瓣滑动卡齿和所述内滑瓣滑动卡槽均沿所述内滑瓣侧板弧向设置，所述外滑瓣滑动卡齿同所述内滑瓣滑动卡槽相配合，所述内滑瓣滑动卡齿同所述外滑瓣滑动卡槽相配合。

17、所述半圆内筒的一所述药卷放置筒伸缩头、所述外滑瓣侧板的一所述外滑瓣伸缩头、所述外滑瓣轴向端板的一所述外滑瓣轴向端板伸缩头、所述内滑瓣侧板的一所述内滑瓣伸缩头和所述内滑瓣轴向端板的一所述内滑瓣轴向端板伸缩头上均开设有埋入式定位螺孔，通过在所述埋入式定位螺孔安装埋入式定位螺栓，对所述半圆内筒、所述外滑瓣侧板、所述外滑瓣轴向端板、所述内滑瓣侧板和所述内滑瓣轴向端板进行长度固定。

18、所述可控定向范围隔离缓冲炮的所述隔离组件下端面和上端面的位置定位通过定角安装器实现，所述定角安装器包括基板、刻度标尺、水准泡和炮孔安装头，所述炮孔安装头安装在所述基板后面的中心处，所述基板的中心处开设有角度调节孔，所述角度调节孔内径和所述炮孔安装头内径相同并均用于安装所述可控定向隔离范围缓冲炮，所述刻度标尺设于所述基板前表面上并沿所述角度调节孔的周向设置，所述水准泡安装在所述基板前表面上并呈水平放置。

19、所述刻度标尺的量程为0°到360°，所述水准泡设置有两个，所述水准泡设于所述刻度标尺的0°和180°刻度处，所述水准泡的水平中心处设有气泡标准。

20、本发明的优点是：

21、(1)通过计算确定的最佳隔离范围（角度）设置周围炮孔内可控定向隔离范围缓冲炮，可消除隔离区域爆破盲区；

22、(2)通过计算确定的最优定向隔离范围（角度）及在定角安装器上对应角度，使可控定向隔离范围缓冲炮在周围炮孔内放置更便捷、简单和高效；

23、(3)通过确定每个可控定向隔离范围缓冲炮的最优爆破隔离范围（角度），实现精确控制隔离爆破范围的目的，有利于保证隧道轮廓规则，控制隧道欠挖，实现光面爆破效果，也有利于保护隧道标准轮廓线以外围岩的完整与稳定；

24、(4)通过在周边炮孔轮廓线上布设可控定向隔离范围缓冲炮，并通过在辅助炮孔轮廓线和掏槽炮孔轮廓线上布设药卷，实现了定向隔离和非隔离组合式光面爆破。