[发明专利]一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法

说明书

本发明公开了一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法，包括：设计爆破参数；钻孔及爆破前声波测试：爆破筒安装，设置爆破振动监测点并安装速度/加速度传感器；起爆，速度/加速度传感器采集该爆破振动监测点的爆破振动速度；检查、回收爆破筒，再次进行声波测试；根据爆破后和爆破后的声波波率，判断基岩声波波速降低是否在允许范围内、以及爆破振动速度是否满足要求；若两个均满足要求则继续施工，若不满足要求则修改爆破设计参数。本发明提供了对基岩损伤和爆破振动有控制要求的特殊环境作业下二氧化碳爆破施工工艺中的参数设计(如爆破筒型号、爆孔间距)方法，明显降低了基岩损伤和爆破振动，在效率和降低副作用上达到了平衡。

技术领域

本发明涉及岩体爆破技术领域，特别是一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法。

背景技术

二氧化碳爆破是利用一定压力和温度下的液态二氧化碳(当温度超过31.1℃且压力超过7.38MPa，二氧化碳变为超临界状态)通过发热管快速加热使其快速膨胀，产生强大物理压力，从而达到破岩的效果。相比炸药爆破，二氧化碳爆破威力小、作用时间长，在爆破过程中不会产生短波，对周围环境影响小，该技术的应用越来越广泛，二氧化碳爆破技术已经越来越多地应用于隧(巷)道掘进、煤层增透、地铁站基坑开挖等领域。然而，目前二氧化碳爆破技术在实际运用中的难点和关键施工工艺仍旧无法攻克，在不同作业环境下的关键参数的设计缺乏可参照的标准和可借鉴的经验。许多工程对基岩损伤、爆破振动的控制非常严格，而目前关于二氧化碳爆破损伤、振动控制方面的报道还比较少。

中国发明专利“路基石方二氧化碳静态爆破施工方法”(申请号201810724873.5)、“一种用于隧道的二氧化碳爆破方法”(申请号202010020402.3)、“一种地铁车站人工挖孔桩二氧化碳爆破的施工方法”(申请号201710236496.6)、“智能二氧化碳爆破工艺方法”(申请号201610791383.8)分别提出了二氧化碳爆破在不同施工环境下的操作流程，然而都没有涉及到爆破损伤、振动控制。发明专利“一种超临界CO2相变脉冲下岩体冲击致裂损伤测试方法”(申请号201910724139.3)，提出了爆破损伤测试的方法，但没有指出在施工过程中如何控制损伤及振动效应。

水电、核电等许多工程对基岩损伤控制的要求非常严格，如何合理设计二氧化碳爆破参数，同时控制损伤、振动是一个重要的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种控制基岩损伤和振动效应的二氧化碳爆破施工方法，包括以下步骤：

步骤一、设计爆破参数；

依据岩石强度选取爆破筒型号，并根据公式(1)计算爆孔间距：

式中，a_d表示应力波作用下产生裂纹的长度；a_s表示气体准静态作用下裂纹进一步扩展的长度；a为爆孔间距；d_b为爆孔直径；ν为岩石泊松比；p为二氧化碳爆破筒的设计压力，λ为孔壁冲击压力与爆破筒设计压力之比，取0.3～0.6；α是应力波衰减系数，取1.8；σ_t是岩石的抗拉强度；V₀是二氧化碳充装体积，V是爆孔与爆破筒之间空隙的体积；γ是二氧化碳的绝热指数，取1.3；

步骤二、钻孔、声波测试：

选择与爆孔对应尺寸冲击器，在工作面上布设爆孔，选择其中几个爆孔兼做声波孔，声波孔深度比爆孔深3m；爆破前进行声波试验得到基岩爆破前声波波速值，然后将声波孔孔底超深部分填塞至爆孔设计标高；

步骤三、爆破筒安装、并设置爆破振动监测点；