[发明专利]一种城区隧道爆破设计药量的安全施工区间确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种爆破中安全施工区间确定的方法，特别适于保证低振速要求的隧道轮廓线外被保护建筑物存在的情况下爆破时安全区间的确定。

背景技术

近年来城市隧道爆破成为研究热点，但对一定振速下确定安全药量对应的施工位置研究较少。由于爆源与被保护物间距离变动导致设计的分段药量/进尺不断变化，实际施工通常是在距被保护物最近点先按最小药量掘进一段距离，此段内距离增加药量仍保持不变；当距离增大到可按正常药量施工的位置时再增加药量。但现在城市浅埋隧道面临的普遍问题是，隧道埋深与建筑物尺寸相近，不能将建筑作为一个点处理，故一定振速、药量下得到对应施工区段变得非常困难，若已知被保护建筑所需最小药量与进尺后，最小进尺与正常进尺的分界桩号是必须精确确定的，否则振速极易超标。

发明内容

本发明方法是针对隧道爆破振速控制的要求，克服传统的将被保护建筑物简化为一点，而提出的一种确定隧道爆破安全区间的方法。本发明方法尤其适用于复杂环境下的城市浅埋隧道爆破安全药量对应区间的确定。

本发明方法的原理是：

建立隧道曲线的坐标系，得出隧道曲线方程及建筑物墙根线方程；把墙根线延长与隧道曲线相交，交点和隧道圆弧段与缓和曲线段的分界点可把隧道划分为不同类型的区段；根据所划分的区段的不同类型分别推导出隧道的桩号对应距被保护建筑物的距离公式S-R；由已知交点和分界点桩号可知各点所对应的安全距离以及最小距离；根据正常施工进尺可得对应安全药量，即可反算出其对应安全距离，将其由交点和分界点计算得出的距离对比可知正常进尺所对应的区段，将正常进尺对应的安全距离带入S-R关系式就可得到正常进尺对应的隧道桩号。

本发明的基于控制振速下确定城区隧道爆破药量的安全施工区间的方法，该方法包括如下步骤：

1)隧道轨迹坐标系的建立与方程表述：

隧道轨迹曲线采用圆弧曲线、缓和曲线和直线段组合，以隧道掘进首爆点轨迹连线作隧道曲线，按圆弧曲线、缓和曲线两段分别建立坐标系，建立坐标系后可得隧道圆弧段轨迹方程和缓和曲线段轨迹方程；

2)建筑物墙根线方程表述：

建筑物各边线轨迹方程称为墙根线方程，药量计算中最短距离产生于爆源与建筑物在地面轮廓线中的某点联线，计算时以建筑物底层墙根处振速作为控制基准，找到墙根线拐角点的坐标，从而得出建筑物墙根线方程；

3)最短距离计算分段方法：

对建筑物墙根线作延长线，将建筑物平面划分为两个部分，一部分为建筑物边线为宽度的延长带，此区域内隧道到建筑物的最短距离即为隧道上点到对应墙根线的垂直距离；另一部分为正对建筑物墙角的部分，此区域内隧道到建筑物的最短距离即为隧道上点到对应墙角的水平距离；

建筑物在爆心曲线圆弧外，延长墙根线分别与隧道曲线交于4个控制点，把隧道曲线划分为5段，3种类型：直线段、缓和曲线段、圆弧曲线段，3种类型中又可分为隧道的缓和曲线段上的点到建筑物边线或角点的距离，隧道圆弧段上的点到建筑物边线或角点的距离四种情况；

4)爆源到建筑物距离与隧道相应位置关系的推导：

首先确定隧道爆心曲线圆弧段和缓和曲线段方程，又由分段方法对隧道曲线的划分，分别将对应的隧道曲线方程与空间中点到点、点到直线的距离公式联立就可导出步骤3)中所述四种情况下隧道爆心曲线上的任一点到建筑物的距离公式S-R，即，隧道曲线上任意桩号S所对应的位置到建筑物的最短距离R； 5)已知S-R关系式后的具体求解：

①建筑物墙根线延长至隧道曲线得到的四个控制点及隧道缓和曲线与圆曲线交点HY的桩号，代入式S-R 关系式求得四个控制点相应距离，并找到S-R关系式的最小值R_min；

②将设计药量/进尺带入萨氏公式得到建筑物距爆源空间距离R，判断得R在步骤①中的对应区段；

③在该区段内选用S-R关系式中相应公式，用MATLAB的solve函数计算程序，筛除不在本段位置解的 if判值函数，编写程序自动逆解并筛选出符合条件S，得到两个桩号S值分别对应隧道至建筑物距离为 R两处位置，从而确定城区隧道爆破药量的安全施工区间。

其中，在所述步骤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。

附图说明

图1为隧道轨迹曲线建系示意图；

图2为墙根线延长线的平面划分；

图3为墙根线切割隧道示意图；

图4为坐标系的建立及曲线分段；