【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道爆破施工，尤其涉及一种考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法。
技术介绍
1、随着都市圈一体化建设和区域互联互通需要，穿越海域的海底隧道工程越来越多。盾构法凭借其安全、可靠、快速、环保等优势，是近年来海底隧道工程的主要施工方法。在海域环境中进行盾构隧道施工时，经常遇到随机分布的大块孤石或孤石群，孤石形状和大小各异、岩质坚硬。盾构机遭遇孤石，将会造成刀具严重磨损、刀盘刀座变形、刀盘卡停、管片损伤等故障，严重影响施工进度、施工质量、施工效益和施工安全。
2、为确保盾构隧道顺利施工，一般在盾构掘进前对孤石凸起区段进行爆破预处理。现有的孤石爆破参数一般借鉴露天台阶爆破设计方法或同类工程经验进行确定，没有考虑海域孤石的覆盖层具体条件和孤石块度粒径的细化控制指标，造成爆破后岩石块度过大，导致爆破预处理达不到预期效果，同时增加了二次破碎成本。另外，现有的海域孤石爆破鲜少考虑水下爆破冲击波对海域生态环境的影响，导致水下爆破作业引发的中华白海豚及其他海洋哺乳动物和鱼类的死亡事件时有发生。
3、综上，有必要对现有海域盾构隧道孤石爆破方法进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，该方法克服了现有技术中海域孤石爆破参数无针对性理论确定依据、块度效果控制不理想以及不考虑爆破作业对海洋生态环境影响等缺点和不足，实现了海域盾构隧道孤石的精细化、生态化、高效化和安全化爆破施工。
2、为解决上述
3、一种考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，包括如下步骤：
4、步骤1：进行孤石爆破孔网参数初步设计；
5、步骤2：确定孤石爆破的炸药单耗；
6、步骤3：计算每个炮孔的单孔装药量；
7、步骤4：计算最大单孔装药量qmax对应爆破块度的平均尺寸x50；
8、步骤5：确定爆破块度尺寸分布模型；
9、步骤6：预测孤石爆破块度分布效果；
10、步骤7：进行孤石爆破装药结构及爆破网络初步设计；
11、步骤8：考虑生态环境影响，进一步优化孤石爆破方案；
12、首先，确定爆破作业所在海域被保护海洋动物的安全峰值速度：
13、
14、其中，pmax为被保护海洋动物的安全超压临界值，ρw为海水密度，cp为海水纵波波速；
15、然后，将v＝vmax代入公式(7)，求出q'max：
16、
17、其中，r为被保护海洋动物所在海域位置监测点至孤石爆破药包中心的距离；q'max为考虑被保护海洋动物安全的孤石爆破最大单孔装药量；h2为爆区上方水压等效深度；h3为爆区上方软土覆盖层等效厚度；
18、比较qmax和q'max，若qmax≤q'max，则上述爆破方案可行；若qmax>q'max，则找寻出qi'>q'max的所有炮孔，继续优化这些炮孔的装药结构和爆破网络，直至每段装药量保证不高于q'max即可，qi'为步骤6中确定的孤石爆破第i个炮孔的单孔装药量。
19、具体的，对每块孤石的最大单孔装药量边缘孔和其他孔，爆破块度尺寸分布模型如下：
20、
21、其中，px为通过x尺寸筛网的块度累积含量；xmax为孤石爆破的块度最大尺寸控制值，无明确控制值时取所用盾构刀盘开口平均宽度的一半；n为均匀性指数，取值范围为0.8～1.5。
22、具体的，步骤6的具体过程如下：
23、在确定的爆破块度尺寸分布模型中，分别求解最大单孔装药量边缘孔和其他孔块度尺寸x＝0.8xmax对应的块度累积含量，取两者的较小值，记为pcmax；分别求解最大单孔装药量边缘孔和其他孔块度尺寸x＝0.01xmax对应的块度累积含量，取两者的较大值，记为pcmin；
24、若pcmax>90％且pcmin<10％，说明较大爆破块度占比低，有利于提升盾构推进速度；另外微小爆破块度占比低，炸药能量利用率高，故孤石爆破效果良好，孔网参数设计可行，记录此时孤石爆破每个炮孔的单孔装药量和每个炮孔处的孤石厚度，然后继续开展步骤7；
25、若pcmax≤90％或pcmin≥10％，说明较大爆破块度占比在10％以上，孤石爆破预处理后依然会影响盾构推进速度；另外微小爆破块度占比较高，大部分炸药能量耗费在粉碎孤石上，能量利用率不高，故孤石爆破效果仍有优化空间，则需返回步骤1，继续调整和优化孔网参数，然后继续开展步骤2～步骤6，直至满足pcmax>90％且pcmin<10％，记录此时孤石爆破每个炮孔的单孔装药量、每个炮孔处的孤石厚度以及所有炮孔最大单孔装药量，然后继续开展步骤7。
26、具体的，最大单孔装药量对应爆破块度的平均尺寸x50计算过程为：首先，分别计算边缘孔和其他孔的最大单孔装药量，分别记为q0max和q1max，然后由kuznetsov方程计算最大单孔装药量边缘孔和其他孔对应爆破块度的平均尺寸x50：
27、
28、其中，a为岩体系数，中硬岩a＝7，有裂隙的硬岩a＝10，无裂缝硬岩a＝13；qmax为最大单孔装药量，对于边缘孔qmax＝q0max，对于其他孔qmax＝q1max；e为相对重量爆破能量，铵油炸药e＝100，水胶炸药e＝110，tnt炸药e＝115。
29、具体的，步骤7的具体过程如下：
30、根据步骤6中确定的孤石爆破每个炮孔的单孔装药量，根据以下公式计算每个炮孔的装药段长度：
31、
32、其中，d为装药直径；ρ0为炸药密度，qi'为步骤6中确定的孤石爆破第i个炮孔的单孔装药量；
33、对采用爆破方法进行预处理的孤石，根据每个炮孔处侵入隧道洞身的孤石厚度对孤石分为三类：(1)厚度在2m以下；(2)厚度在2～3m；(3)厚度在3m以上。
34、根据每个炮孔处侵入隧道洞身孤石的三种类别和计算出的每个炮孔的装药段长度，分别进行对应的装药结构设计，具体如下：
35、(1)对于厚度在2m以下的孤石，沿孤石底面进行轴向连续装药，若装药段长度与该处炮孔的孤石厚度大致相等，则装药充满整个孤石厚度段；若装药段长度小于该处炮孔的孤石厚度，则在装药段上部至孤石顶部布置一段堵塞；
36、(2)对于厚度在2～3m的孤石，沿孤石底面进行两段式轴向间隔装药，孤石厚度段中间布置一段堵塞，堵塞顶部至孤石顶部、堵塞底部至孤石底部分别装满炸药，上段装药长度＝下部装药长度；
37、(3)对于厚度在3m以上的孤石，沿孤石底面进行三段式轴向间隔装药，孤石厚度段中间布置两段相同长度堵塞，上部堵塞顶部至孤石顶部、上部堵塞底部至下部堵塞顶部、下部堵塞底部至孤石底部分别装满炸药，上段装药长度＝中部装药长度＝下部装药长度。
38、爆破网络采用毫秒数码电子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，对每块孤石的最大单孔装药量边缘孔和其他孔，爆破块度尺寸分布模型如下：
3.根据权利要求2所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，步骤6的具体过程如下：
4.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，最大单孔装药量对应爆破块度的平均尺寸X50计算过程为：
5.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，步骤7的具体过程如下：
6.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，步骤1具体包括如下过程：
7.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，孤石爆破的炸药单耗q由以下公式计算：
8.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，步骤3中，孤石爆破第i个炮孔的单孔装
...【技术特征摘要】
1.考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，对每块孤石的最大单孔装药量边缘孔和其他孔，爆破块度尺寸分布模型如下：
3.根据权利要求2所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，步骤6的具体过程如下：
4.根据权利要求3所述的考虑生态环境影响的海域盾构隧道孤石爆破方法，其特征在于，最大单孔装药量对应爆破块度的平均尺寸x50计算过程为：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：魏海霞，崔有权，祝杰，陈建福，陈士海，杨小林，褚怀保，陈峰宾，王金星，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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