[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

摘要

本发明公开了一种基于已知控制振速下进行城市浅埋隧道爆破设计时，被保护建筑位于隧道轮廓线外，确定不同设计药量所对应的隧道施工位置的方法。本发明根据隧道及建筑物的形状特征，采用合理方法建立隧道曲线、建筑物轮廓线的坐标系和轨迹方程；以建筑物轮廓延长线将隧道曲线部分分成若干段，推导出与设计药量相对应的隧道段安全距离的分段函数表达式。建筑物到爆源最近距离对应的最小药量与进尺决定后，根据求得的函数表达式，可以精确获取各爆破药量在隧道的分界位置/桩号，确定隧道设计进尺的安全范围。为复杂建筑环境下确定隧道进尺的安全爆破范围提供了一种精确的方法。

主权项

一种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，其特征在于，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曲线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种类型中又分为隧道的缓和曲线段上的点到建筑物边线或拐角点的距离，隧道圆弧曲线段上的点到建筑物边线或拐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弧曲线交点HY的桩号，代入式S‑R关系式求得四个控制点及HY点相应距离，并找到S‑R关系式的最小值Rmin；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Rsa，判断Rsa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的桩号S，得到两个桩号S值分别对应隧道至建筑物最短距离为R的两处位置，从而确定城区隧道爆破药量的安全施工区间。