一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法技术

本发明专利技术涉及一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，步骤为：运用单纯形积分法计算出隧道断面面积；设计爆破微差网络，并得到微台阶炮孔网络布置信息；通过掏槽孔自适应布孔方法确定掏槽区域和掏槽孔布置，得到掏槽孔布置信息；根据周边孔间距顺时针方向确定各个炮孔的具体位置，得到周边孔布置信息；从中间向上和向下的方向在剩余断面区域内布置崩落孔，得到崩落孔布置信息；汇总隧道断面面积、微台阶炮孔网络布置信息、掏槽孔布置信息、周边孔布置信息和崩落孔布置信息，为现场施工提供指导，完成深埋微台阶隧道爆破布孔。本发明专利技术解决炮孔布置的设计计算工作量非常大，人工设计速度和效率很低的问题。效率很低的问题。效率很低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法

：
[0001]本专利技术涉及隧道及地下工程爆破施工领域，具体而言，涉及一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法。

技术介绍
：
[0002]随着国内外铁路、公路和城市轨道交通等基础设施建设行业的高速发展，隧道工程开挖建设的任务愈发繁重。由于近年来爆破施工的综合机械化水平快速提高，并能根据爆破技术、工艺、地质地形条件和机械装备综合考虑进行爆破优化设计，使得隧道爆破技术越来越成熟。尽管如此，目前在隧道爆破设计与施工方面仍然存在一系列亟待解决的问题，主要表现为以下几个方面:(1)设计人员凭经验选取爆破参数，有时误差较大；(2)难以确定最合理的掏槽类型及参数；(3)手工布置炮孔，调整困难；(4)手工绘图，不容易修改设计；(5)手工计算工作量大、速度慢；(6)数据管理困难，不方便查询；(7)不能有效借鉴以往爆破效果指导后续设计；(8)不能借助爆破效果预测来选择最佳设计方案。上述问题从表面上看为工程问题，但究其本质，这些问题的出现是由于隧道爆破设计数据管理与操作以及炮孔布置与图形绘制数学模型等一系列科学问题未解决好。
[0003]现有方案可以采用现场试验、数学模型及数值模拟等方法对爆破参数优化和炮孔布置展开相关研究。但是，这些方法研究所针对的多是特定类型或是某单一标准形态断面的爆破炮孔，且布孔的自动化程度较低，对炮孔布置数据的整理和管理也不便捷、不直观。为此，开发可靠的隧道炮孔自动布置系统，是解决目前隧道爆破设计与施工中出现问题的理想办法。
[0004]为解决这些问题，本专利技术对岩石隧道光面爆破炮孔布置的流程化、自动化设计进行了研究。本专利技术在前人研究基础上使用了隧道全断面自动化炮孔布置算法，包括螺旋掏槽布置算法、楔形掏槽布置算法、周边孔布置算法、内圈孔布置算法和崩落孔布置算法，建立爆破参数优化模型以使设计参数趋于最优，建立布孔数学模型使系统能实现自适应布置各类炮孔，从而使炮孔布置达到最优。

技术实现思路
：
[0005]专利技术目的：本专利技术提供了一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，旨在解决(1)爆破参数仅凭经验来选择造成误差较大。(2)人工手动设计并绘制炮孔布置图，修改设计结果不方便。(3)炮孔布置的设计计算工作量非常大，人工设计速度和效率很低。
[0006]技术方案：
[0007]本专利技术提出一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，步骤为：
[0008]步骤1：根据隧道断面形状与尺寸，按照隧道断面轮廓线绘制的数学算法绘制出隧道断面轮廓线，运用单纯形积分法计算出隧道断面面积；
[0009]步骤2：基于隧道断面轮廓线，设计爆破微差网络，并得到微台阶炮孔网络布置信息；
[0010]步骤3：通过掏槽孔自适应布孔方法确定掏槽区域和掏槽孔布置，得到掏槽孔布置信息；
[0011]步骤4：以隧道断面轮廓线为基准，得到周边孔的孔心位置轮廓线，再根据周边孔间距顺时针方向确定各个炮孔的具体位置，得到周边孔布置信息；
[0012]步骤5：先在掏槽区域的左右两侧布置崩落孔，直到邻近隧道两侧的内圈孔，再从中间向上和向下的方向在剩余断面区域内布置崩落孔，得到崩落孔布置信息；步骤6：汇总并输出步骤1
‑
5中隧道断面面积、微台阶炮孔网络布置信息、掏槽孔布置信息、周边孔布置信息和崩落孔布置信息，为现场施工提供指导，完成深埋微台阶隧道爆破布孔。
[0013]进一步的，步骤1隧道断面面积为：S
左
+S
上
+S
右
+S
底
，
[0014]当两个控制点之间为直线时：
[0015][0016][0017][0018][0019]当两个控制点之间为圆弧时：
[0020][0021][0022][0023][0024]式中，(x
i
‑1,y
i
‑1)为前一个控制点坐标；(x
i
,y
i
)为后一个控制点坐标；(x
n
,y
n
)为第n个(最后一个)控制点坐标；(x
c
,y
c
)为两个控制点之间圆弧圆心坐标；a
r
为圆弧对应的圆心角；R
c
为圆弧半径。
[0025]进一步的，步骤2中爆破微差网络为同排分散且对称微差、排间接力形成先向下再向上延伸起爆的“W”型临空面爆破微差网络。
[0026]进一步的，步骤2中微台阶炮孔网络布置信息包括微台阶炮孔间距、排距、最小抵抗线和孔深l
j
；
[0027]微台阶炮孔间距a'＝1.0～1.3m、排距b'＝0.8～1.0a'和最小抵抗线W＝1.0～1.2m、其微台阶各排孔的计算深度l
j
应遵循：首排孔计算孔深l
j
＝l
上
‑
0.2，m，l
上
指上台阶的炮眼深度；第2排孔计算孔深l
j
＝l
上
‑
0.15，m；其余各孔计算孔深l
j
＝l＝l
上
‑
0.1,m。
[0028]进一步的，步骤3中掏槽孔布置信息包括掏槽孔布置的孔深L、孔口距a、孔底距d0及掏槽角α；
[0029](1)当α＜55
°
时，取掏槽角α＝55
°
[0030]此时，a/2＝Ltan(90
°‑
55
°
)+d0/2，即
[0031]a＝2Ltan(90
°‑
55
°
)+d0ꢀꢀ
(29)
[0032]若孔口距a＞3.0m，按孔口距a＝3.0m确定内层炮孔孔口位置，此时掏槽角α由下式计算
[0033][0034]若孔口距a≤3.0m，按式(29)确定孔口距a，掏槽角α＝55
°
；
[0035](2)当55
°
≤α≤72
°
时，
[0036]a＝2Ltan(90
°‑
α)+d0ꢀꢀ
(31)
[0037]若孔口距a＞3.0m，按孔口距a＝3.0m确定内层炮孔孔口位置，此时掏槽角α由式(30)计算；
[0038]若孔口距a≤3.0m，按式(31)确定孔口距a；
[0039](4)当α＞72
°
时，初步确定的炮孔位置不合理，应调整循环进尺；若不调整，按计算出的掏槽角α确定孔口位置，并提示增加“中心空孔”，同时对掏槽孔孔口距a按式(31)计算。
[0040]进一步的，所述调整循环进尺的方法有两种：一是减小循环进尺的孔深L，再计算掏槽角α；二是按实际允许的最大掏槽角度α＝72
°
计算循环进尺L0。
[0041]进一步的，当按实际允许的最大掏槽角度α＝72
°
调整掏槽孔深L时，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，其特征在于：步骤为：步骤1：根据隧道断面形状与尺寸，按照隧道断面轮廓线绘制的数学算法绘制出隧道断面轮廓线，运用单纯形积分法计算出隧道断面面积；步骤2：基于隧道断面轮廓线，设计爆破微差网络，并得到微台阶炮孔网络布置信息；步骤3：通过掏槽孔自适应布孔方法确定掏槽区域和掏槽孔布置，得到掏槽孔布置信息；步骤4：以隧道断面轮廓线为基准，得到周边孔的孔心位置轮廓线，再根据周边孔间距顺时针方向确定各个炮孔的具体位置，得到周边孔布置信息；步骤5：先在掏槽区域的左右两侧布置崩落孔，直到邻近隧道两侧的内圈孔，再从中间向上和向下的方向在剩余断面区域内布置崩落孔，得到崩落孔布置信息；步骤6：汇总并输出步骤1
‑
5中隧道断面面积、微台阶炮孔网络布置信息、掏槽孔布置信息、周边孔布置信息和崩落孔布置信息，为现场施工提供指导，完成深埋微台阶隧道爆破布孔。2.根据权利要求1所述的一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，其特征在于：步骤1隧道断面面积为：S
左
+S
上
+S
右
+S
底
，当两个控制点之间为直线时：当两个控制点之间为直线时：当两个控制点之间为直线时：当两个控制点之间为直线时：当两个控制点之间为圆弧时：当两个控制点之间为圆弧时：当两个控制点之间为圆弧时：当两个控制点之间为圆弧时：式中，(x
i
‑1,y
i
‑1)为前一个控制点坐标；(x
i
,y
i
)为后一个控制点坐标；(x
n
,y
n
)为第n个控制点坐标；(x
c
,y
c
)为两个控制点之间圆弧圆心坐标；a
r
为圆弧对应的圆心角；R
c
为圆弧半径。3.根据权利要求1所述的一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，其特征在于：步骤2中爆破微差网络为同排分散且对称微差、排间接力形成先向下再向上延伸起爆的“W”型临
空面爆破微差网络。4.根据权利要求1所述的一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，其特征在于：步骤2中微台阶炮孔网络布置信息包括微台阶炮孔间距、排距、最小抵抗线和孔深l
j
；微台阶炮孔间距a'＝1.0～1.3m、排距b'＝0.8～1.0a'和最小抵抗线W＝1.0～1.2m、其微台阶各排孔的计算深度l
j
应遵循：首排孔计算孔深l
j
＝l
上
‑
0.2，m，l
上
指上台阶的炮眼深度；第2排孔计算孔深l
j
＝l
上
‑
0.15，m；其余各孔计算孔深l
j
＝l＝l
上
‑
0.1,m。5.根据权利要求1所述的一种深埋微台阶隧道爆破自动布孔方法，其特征在于：步骤3中掏槽孔布置信息包括掏槽孔布置的孔深L、孔口距a、孔底距d0及掏槽角α；(1)当α＜55
°
时，取掏槽角α＝55
°
此时，a/2＝Ltan(90
°‑
55
°
)+d0/2，即a＝2Ltan(90
°‑
55
°
)+d0ꢀꢀꢀꢀ
(29)若孔口距a＞3.0m，按孔口距a＝3.0m确定内层炮孔孔口位置，此时掏槽角α由下式计算若孔口距a≤3.0m，按式(29)确定孔口距a，掏槽角α＝55
°
；(2)当55
°
≤α≤72
°
时，a＝2Lta...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军祥，常书豪，郭连军，宁宝宽，牟天蔚，刘港，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：