[发明专利]地下岩石工程自动化全断面钻爆法开挖超欠挖的控制方法

说明书

本发明公开了一种地下岩石工程自动化全断面钻爆法开挖超欠挖的控制方法，取多组原岩样进行声波探测确定完整岩体中的波速值C₀；基于多臂凿岩机智能化控制，由单个钻杆钻孔作业形成激励源，其余炮眼通过钻杆中内置的传感器实现对来自激励源的振动波响应探测，形成若干探测路径；分别绘制波速C_i、主频F_i和最大幅值A_i三维云图，结合波速C_i、主频F_i和最大幅值A_i的三维云图综合判断交叉结构面，进而判定当前钻爆区超欠挖的潜在风险区。本发明技术用于全自动化、全断面钻爆法施工，在保证钻孔效率的同时，通过智能化提高相邻钻孔间振动波的检测效率，提高岩体中复杂结构面空间尺度参数推算的精准性，优化爆破工艺，减少炸药浪费，提高爆破效果。

技术领域

本发明涉及地下岩石工程全断面爆破开挖工艺技术领域，特别是涉及一种用于地下岩石工程自动化全断面钻爆法开挖超欠挖的控制方法。

背景技术

随着我国铁路交通、水利水电工程等大力开发，交通隧道、水工隧道等各类地下岩石基础设施建设已随处可见。钻爆法作为地下岩石工程开挖施工的主要方法，用以控制地下洞室开挖轮廓形状，全自动化、全断面钻爆法开挖技术已在国内外进行广泛推广应用。然而，由于施工作业主观因素和围岩的客观条件影响，钻爆法施工常导致围岩过度开挖或开挖不足等不利现象，即“超欠挖效应”。

实际上，地下岩石工程采取钻爆法开挖时，超欠挖现象是不可避免的，若不加以控制，会严重影响围岩开挖质量和施工效益。超挖将增加隧道掘进的排岩量，需对超挖部位初喷素混凝土，根据其超挖程度确定是否要加设额外钢架或者钢筋网片。与此同时，超挖严重时，会导致爆破松动圈范围扩大，加大对隧洞轮廓设计界限外岩体的损伤，极大增加围岩结构的事故隐患。当产生欠挖问题时，应根据欠挖区域的大小及该部位围岩性质进行补炮或者人工机械凿除处理。因此，无论产生超挖还是欠挖，均会影响施工进度，不利于成本控制。

当前普遍采用光面爆破技术控制地下洞室开挖轮廓面平整度，由于岩体内部结构面错综复杂，开挖轮廓面边缘结构面交叉区域又是超欠挖效应产生的高频区域，故探测岩体内部结构面空间分布是控制超欠挖效应的重要手段。然而，由于现有探测手段效率低、成本高，受施工扰动大，实际工程中往往采取人工肉眼观察爆破效果，然后不断调整爆破参数，以减少超欠挖产生。显然，仅通过人工肉眼观察爆破效果，很难实质性的解决超欠挖这一难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足之处，而提出一种地下岩石工程自动化全断面钻爆法开挖超欠挖的控制方法，基于岩体内部结构面空间分布探测，进一步优化爆破工艺，减少炸药浪费，提高爆破效果，将超欠挖值控制在一个较小的水平。

为实现上述目的，本发明所设计的地下岩石工程自动化全断面钻爆法开挖超欠挖的控制方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

S1：凿岩钻孔前，根据洞室爆破炮眼布置设计方案，对炮眼编号；

S2：取爆破开挖标段内的若干组岩样进行声波探测，按关系式C₀＝Max{C₁，C₂，C₃，…，C_n}确定完整岩体中的波速值C₀，其中，C_n为所取岩样中某单个岩样的波速值，n为所取的岩样数；

S3：基于多臂凿岩机的智能化控制，交替产生若干不同激励源和信号接收孔；即利用多臂凿岩机对若干个炮眼进行钻孔作业，一个钻杆钻孔作业时，其余钻杆停止作业，进行钻孔作业的炮眼中，钻杆钻头不断与周围岩石摩擦、振动，形成振动波，将其视作为振源孔，停止钻孔作业的炮眼视作为信号接收孔；

S4：钻孔过程中，沿掌子面纵向及径向交叉跨孔探测，通过钻杆内置传感器实现对来自激励源产生的振动波的响应探测，采集激励源信号传至每个传感器的时间以及来自激励源的振动信号，计算波速C_i；