[發明專利]一種城區隧道爆破設計藥量的安全施工區間確定方法

有效

• 申請號: 201610350097.8
• 申請日: 2016-05-24
• 公開（公告）號: CN106014422B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 龔敏;李永強;陳華森;孟祥棟;吳昊駿;聶永進;胡廣風;宋書一;管學銘;余鴻飛;劉洪憶;張明高;趙振振;王從剛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;重慶巨能建設(集團)有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種爆破中安全施工區間確定的方法，特別適于保證低振速要求的隧道輪廓線外被保護建筑物存在的情況下爆破時安全區間的確定。

背景技術

近年來城市隧道爆破成為研究熱點，但對一定振速下確定安全藥量對應的施工位置研究較少。由于爆源與被保護物間距離變動導致設計的分段藥量/進尺不斷變化，實際施工通常是在距被保護物最近點先按最小藥量掘進一段距離，此段內距離增加藥量仍保持不變；當距離增大到可按正常藥量施工的位置時再增加藥量。但現在城市淺埋隧道面臨的普遍問題是，隧道埋深與建筑物尺寸相近，不能將建筑作為一個點處理，故一定振速、藥量下得到對應施工區段變得非常困難，若已知被保護建筑所需最小藥量與進尺后，最小進尺與正常進尺的分界樁號是必須精確確定的，否則振速極易超標。

發明內容

本發明方法是針對隧道爆破振速控制的要求，克服傳統的將被保護建筑物簡化為一點，而提出的一種確定隧道爆破安全區間的方法。本發明方法尤其適用于復雜環境下的城市淺埋隧道爆破安全藥量對應區間的確定。

本發明方法的原理是：

建立隧道曲線的坐標系，得出隧道曲線方程及建筑物墻根線方程；把墻根線延長與隧道曲線相交，交點和隧道圓弧段與緩和曲線段的分界點可把隧道劃分為不同類型的區段；根據所劃分的區段的不同類型分別推導出隧道的樁號對應距被保護建筑物的距離公式S-R；由已知交點和分界點樁號可知各點所對應的安全距離以及最小距離；根據正常施工進尺可得對應安全藥量，即可反算出其對應安全距離，將其由交點和分界點計算得出的距離對比可知正常進尺所對應的區段，將正常進尺對應的安全距離帶入S-R關系式就可得到正常進尺對應的隧道樁號。

本發明的基于控制振速下確定城區隧道爆破藥量的安全施工區間的方法，該方法包括如下步驟：

1)隧道軌跡坐標系的建立與方程表述：

隧道軌跡曲線采用圓弧曲線、緩和曲線和直線段組合，以隧道掘進首爆點軌跡連線作隧道曲線，按圓弧曲線、緩和曲線兩段分別建立坐標系，建立坐標系后可得隧道圓弧段軌跡方程和緩和曲線段軌跡方程；

2)建筑物墻根線方程表述：

建筑物各邊線軌跡方程稱為墻根線方程，藥量計算中最短距離產生于爆源與建筑物在地面輪廓線中的某點聯線，計算時以建筑物底層墻根處振速作為控制基準，找到墻根線拐角點的坐標，從而得出建筑物墻根線方程；

3)最短距離計算分段方法：

對建筑物墻根線作延長線，將建筑物平面劃分為兩個部分，一部分為建筑物邊線為寬度的延長帶，此區域內隧道到建筑物的最短距離即為隧道上點到對應墻根線的垂直距離；另一部分為正對建筑物墻角的部分，此區域內隧道到建筑物的最短距離即為隧道上點到對應墻角的水平距離；

建筑物在爆心曲線圓弧外，延長墻根線分別與隧道曲線交于4個控制點，把隧道曲線劃分為5段，3種類型：直線段、緩和曲線段、圓弧曲線段，3種類型中又可分為隧道的緩和曲線段上的點到建筑物邊線或角點的距離，隧道圓弧段上的點到建筑物邊線或角點的距離四種情況；

4)爆源到建筑物距離與隧道相應位置關系的推導：

首先確定隧道爆心曲線圓弧段和緩和曲線段方程，又由分段方法對隧道曲線的劃分，分別將對應的隧道曲線方程與空間中點到點、點到直線的距離公式聯立就可導出步驟3)中所述四種情況下隧道爆心曲線上的任一點到建筑物的距離公式S-R，即，隧道曲線上任意樁號S所對應的位置到建筑物的最短距離R； 5)已知S-R關系式后的具體求解：

①建筑物墻根線延長至隧道曲線得到的四個控制點及隧道緩和曲線與圓曲線交點HY的樁號，代入式S-R 關系式求得四個控制點相應距離，并找到S-R關系式的最小值R_min；

②將設計藥量/進尺帶入薩氏公式得到建筑物距爆源空間距離R，判斷得R在步驟①中的對應區段；

③在該區段內選用S-R關系式中相應公式，用MATLAB的solve函數計算程序，篩除不在本段位置解的 if判值函數，編寫程序自動逆解并篩選出符合條件S，得到兩個樁號S值分別對應隧道至建筑物距離為 R兩處位置，從而確定城區隧道爆破藥量的安全施工區間。

其中，在所述步驟4) 中，所述S-R公式中，已知S即可求得R；反之，已知R也可反算出S。

附圖說明

圖1為隧道軌跡曲線建系示意圖；

圖2為墻根線延長線的平面劃分；

圖3為墻根線切割隧道示意圖；

圖4為坐標系的建立及曲線分段；