本發(fā)明涉及巖塞爆破，包括水資源優(yōu)化配置調(diào)水取水工程、水力發(fā)電取水工程、以及抽水蓄能發(fā)電取水工程的取水口工程水下或非水下巖塞貫通擴(kuò)孔與成型爆破，亦可應(yīng)用于交通、鐵路、礦山、國(guó)防等建設(shè)隧道井巷洞室開挖貫通擴(kuò)孔成型爆破工程。

背景技術(shù)：

巖塞爆破一般采用炸藥室爆破技術(shù)，以及較為新型的純排孔爆破技術(shù)。但前者為保證過流斷面炸藥室爆破往往超爆并總體超爆破達(dá)10％，局部則嚴(yán)重超爆破達(dá)20％；而后者則被大多專業(yè)人員認(rèn)為對(duì)巖塞難以貫通。

掏心爆破是巖塞爆破與隧道鉆爆施工的共性要求，以便為后續(xù)(雷)管段爆破創(chuàng)造臨空(凌空)空間與凌空時(shí)間條件?，F(xiàn)有的巖塞爆破初始雷管段掏心貫通爆破，通?？赡懿捎玫氖切ㄐ翁托牡姆绞?，但是楔形掏心如對(duì)稱延伸(從巖塞內(nèi)口或小口)往巖塞外口或大口，最大孔密度處要求12以至更多的孔豎向排列，孔密度相對(duì)雙曲布置的大，有雙向掏心的可能但不具貫通的機(jī)制，無法滿足巖塞既掏心又貫通的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題即在提供一種利用旋轉(zhuǎn)型單葉雙曲面的直線母線鉆孔進(jìn)行掏心貫通繼而擴(kuò)孔的巖塞爆破方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)手段如下：

一種單葉雙曲面掏心擴(kuò)孔巖塞爆破方法，包含如下步驟：

(1)根據(jù)已知隧道鉆爆施工參數(shù)確定用于巖塞爆破的單葉雙曲面方程的參數(shù)，方程如式1

同時(shí)獲得相應(yīng)的左旋或右旋母線方程組及其參數(shù)，如式2的左旋母線參數(shù)方程組

或如式3的右旋母線參數(shù)方程組

其中，ɑ＝b且ɑ、c為正數(shù)；

所述單葉雙曲面包含同軸的至少1個(gè)內(nèi)部掏心單葉雙曲面和至少1個(gè)外部擴(kuò)孔單葉雙曲面，掏心單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ掏心小于擴(kuò)孔單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ擴(kuò)孔，且ɑ掏心/c掏心>ɑ擴(kuò)孔/c擴(kuò)孔；

掏心單葉雙曲面和擴(kuò)孔單葉雙曲面巖塞內(nèi)口方向延長(zhǎng)在隧道壁上相交，于該橫截面獲公共參照指示截圓，或分別與隧道相交，于相應(yīng)橫截面獲各自專用參照指示截圓，所述截圓用于鉆孔參照指向；

(2)根據(jù)雙曲面方程和母線參數(shù)方程，確定母線與雙曲巖塞內(nèi)口掌子面開孔截圓的交點(diǎn)，即雙曲掏心孔與擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位，同時(shí)確定母線與公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A的交點(diǎn)，即鉆孔指向參照點(diǎn)；

(3)重復(fù)(2)完成每個(gè)雙曲面上的復(fù)數(shù)個(gè)雙曲掏心孔、擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位、及鉆孔指向參照點(diǎn)；共直線母線的雙曲掏心孔開孔點(diǎn)位與鉆孔指向參照點(diǎn)，兩點(diǎn)一線定位指向鉆孔得到直線母線掏心孔；共直線母線的擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位和鉆孔指向參照點(diǎn)，兩點(diǎn)一線定位指向鉆孔得到直線母線擴(kuò)徑孔；

(4)向所述直線母線掏心孔內(nèi)以及所述直線母線擴(kuò)徑孔內(nèi)裝藥、封堵；

(5)由內(nèi)部掏心單葉雙曲面的直線母線掏心孔向外部直線母線擴(kuò)徑孔的順序進(jìn)行巖塞掏心與擴(kuò)孔爆破。

根據(jù)上述方法，在步驟(2)中，根據(jù)雙曲面方程并選擇每個(gè)雙曲面直線母線旋轉(zhuǎn)方向及其參數(shù)方程，計(jì)算確定雙曲面上2-4根用于檢驗(yàn)和定位的特征直線母線，該特征直線母線與巖塞內(nèi)口掌子面截圓的交點(diǎn)為特征掏心孔開孔點(diǎn)位或特征擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位，特征直線母線與公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A的交點(diǎn)為特征參照點(diǎn)，放樣并對(duì)所述特征掏心孔開孔點(diǎn)位和特征參照點(diǎn)進(jìn)行截圓玄長(zhǎng)、1/4周角以及半周角幾何條件檢核；根據(jù)上述已選擇的母線參數(shù)方程及各鉆孔直線母線以特征直線母線為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)角度θ計(jì)算確定該角度對(duì)應(yīng)的直線母線，確定該直線母線在掌子面上的雙曲掏心孔或擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位，確定公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A上的鉆孔指向參照點(diǎn)位，按共母線兩點(diǎn)一線進(jìn)行指向鉆孔得到復(fù)數(shù)直線母線掏心孔與直線母線擴(kuò)徑孔。

或者根據(jù)上述方法，在步驟(2)中，根據(jù)雙曲面方程并選擇每個(gè)雙曲面的母線旋轉(zhuǎn)方向，確定雙曲面上2-4根用于檢驗(yàn)和定位的特征直線母線，該特征直線母線與掌子面截圓的交點(diǎn)為特征掏心孔開孔點(diǎn)位或特征擴(kuò)孔雙曲孔開孔點(diǎn)位，特征直線母線與公共截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A的交點(diǎn)為特征參照點(diǎn)，放樣并對(duì)所述特征掏心孔和特征參照點(diǎn)進(jìn)行截圓玄長(zhǎng)、1/4周角以及半周角幾何條件檢核；對(duì)掌子面的特征掏心孔或特征擴(kuò)孔雙曲孔所在截圓圓周和特征參照點(diǎn)所在截圓圓周進(jìn)行等分，對(duì)應(yīng)的等分點(diǎn)兩點(diǎn)一線進(jìn)行指向鉆孔得到復(fù)數(shù)雙曲直線母線掏心孔與直線母線擴(kuò)徑孔。

根據(jù)上述方法，單葉雙曲面由內(nèi)至外包含4個(gè)同軸的雙曲面即輔助掏心單葉雙曲面、主掏心單葉雙曲面、第一次擴(kuò)孔單葉雙曲面、第二次擴(kuò)孔單葉雙曲面；主掏心單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ主掏心/c主掏心最大，且第一次擴(kuò)孔單葉雙曲面與第二次擴(kuò)孔單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ1擴(kuò)/c1擴(kuò)>ɑ2擴(kuò)/c2擴(kuò)；且主掏心單葉雙曲面、第一次擴(kuò)孔單葉雙曲面、第二次擴(kuò)孔單葉雙曲面在巖塞內(nèi)口方向延長(zhǎng)交于隧道壁所在截面獲得公共參照指示截圓，最內(nèi)部的輔助掏心雙曲面在巖塞內(nèi)口方向延長(zhǎng)交于隧道壁所在截面獲得輔助參照指示截圓，且輔助參照指示截圓的位置相對(duì)公共參照指示截圓的位置更遠(yuǎn)離巖塞，即ɑ主掏心/c1主掏心>ɑ輔掏心/c輔掏心；確定輔助掏心單葉雙曲面及主掏心單葉雙曲面的直線母線掏心孔，及確定第一次擴(kuò)孔單葉雙曲面及第二次擴(kuò)孔單葉雙曲面的直線母線擴(kuò)徑孔。

根據(jù)上述方法，相鄰雙曲面的母線旋轉(zhuǎn)方向相同或相反。

根據(jù)上述方法，雙曲面母線掏心孔在雙曲線腰部、孔最密集處的間距為12～30cm，最內(nèi)側(cè)的輔助掏心雙曲面的腰部半徑至少為0.3米。

根據(jù)上述方法，最內(nèi)側(cè)的輔助掏心雙曲面的直線母線掏心孔數(shù)量為6～12眼，主掏心單葉雙曲面的直線母線掏心孔數(shù)量為12～24眼，第一次、第二次擴(kuò)孔雙曲面13、14的直線母線擴(kuò)孔的數(shù)量為12～32眼。

根據(jù)上述方法，厚度在6米或6米以下的中小巖塞，采用雙曲巖塞掏心+雙曲擴(kuò)孔+排孔擴(kuò)孔成型的方式進(jìn)行施工鉆孔及爆破，巖塞由軸心向外依次布置雙曲面直線母線掏心孔、擴(kuò)徑孔，再外側(cè)布置排孔擴(kuò)孔或錐臺(tái)面排孔擴(kuò)孔、最外層布置錐臺(tái)面光面爆破孔或預(yù)裂孔。

根據(jù)上述方法，厚度在6米或6米以上的大巖塞，采用雙曲小巖塞掏心+小巖塞雙曲擴(kuò)孔+大巖塞中導(dǎo)洞+大巖塞排孔擴(kuò)孔的方式進(jìn)行施工鉆孔及爆破，大巖塞內(nèi)口洞室進(jìn)行施工時(shí)，先成型臺(tái)階漸變中導(dǎo)洞，中導(dǎo)洞由外向內(nèi)每半米鉆爆逐段縮徑，縱剖以巖塞軸線為中線呈對(duì)稱臺(tái)階型，在中導(dǎo)洞臺(tái)階外側(cè)進(jìn)行排孔擴(kuò)孔或布置錐臺(tái)面排孔擴(kuò)孔、最外層則布置光面爆破孔或預(yù)裂孔或錐臺(tái)體光面爆破孔或預(yù)裂孔，中導(dǎo)洞底內(nèi)部為小巖塞，進(jìn)行各雙曲面直線母線掏心孔、擴(kuò)徑孔布孔。

根據(jù)上述方法，巖塞外口設(shè)置隔水閉氣的保護(hù)層巖體，所述各鉆孔深均到設(shè)計(jì)保護(hù)層巖體截止；對(duì)直線母線掏心孔和直線母線擴(kuò)徑孔等在隧道巖塞內(nèi)口端封堵，形成巖塞內(nèi)口端閉氣封堵段巖體。

本發(fā)明采用單葉雙曲面母線鉆孔掏心巖塞爆破可獲得的效果如下：

1、相比現(xiàn)有的楔形掏心、圓錐型掏心方式，雙曲掏心方式不僅能實(shí)現(xiàn)雙向掏心，并且能實(shí)現(xiàn)貫通。

2、有利于掏心孔最小間距的保證與控制，因?yàn)楝F(xiàn)有楔形掏心如對(duì)稱延伸(從巖塞內(nèi)口或小口)往巖塞外口或大口，最大孔密度處要求12孔豎向排列；而單葉雙曲則是12孔圓周排列，密度與間距相差2倍以上，根據(jù)需要還可以多做孔。

3、圓形斷面的掏心體利于緊后爆破面巖層最小保護(hù)厚度與最大爆破厚度的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。某案例(引松一標(biāo)引水隧道)現(xiàn)用楔形體底最大直徑是3.9米，而雙曲體底最大直徑是3.2米。

4、掏心爆破孔以及擴(kuò)大孔爆破孔還可以按相鄰單葉雙曲面分別左旋右旋異曲面相向交叉母線布孔，保證鉆孔穿過圍巖各地質(zhì)結(jié)構(gòu)層，改善爆破(破碎與拋擲)效果。

5、單葉雙曲本身呈圓截面有利于巖塞圓形斷面的幾何成型。

6、從爆破學(xué)角度看，由于雙曲腰部鉆孔密集，孔內(nèi)線性均勻裝藥(可根據(jù)需要在腰部增量裝藥)，爆破剎那腰部為高溫高壓中心，爆破碎石向雙曲兩端拋擲；并且在雙曲掏心采用不耦合裝藥亦可降低爆炸初壓，減小過粉碎和增大拋擲功的比例，對(duì)掏心體取得較好的拋擲爆破和輪廓爆破兩方面成效。

而隧道光面爆破是弱裝藥，根本不足以對(duì)光爆層進(jìn)行有效的破碎，更不要說拋擲。不破壞孔壁而又要有一定的破碎效果，應(yīng)該在炮孔底部一定長(zhǎng)度內(nèi)加強(qiáng)裝藥，這一段藥包起爆后，將產(chǎn)生足夠大的能量，使底部加強(qiáng)裝藥段范圍內(nèi)的巖體充分破碎，失去強(qiáng)度，并向自由面方向拋出。

7、傳統(tǒng)炸藥包拋擲爆破指爆破作用指數(shù)(漏斗口半徑與最小抵抗線之比，n＝r/w)n＞l為拋擲爆破，而0.75＜n＜l為減弱拋擲爆破，n＜0.75則為松動(dòng)爆破；楔形掏槽可以實(shí)現(xiàn)楔形體底半長(zhǎng)與掏槽深之比達(dá)到1.8/4；雙曲拋擲爆破因?yàn)轭惐坡┒诽托捏w已為鉆孔形成較完整薄弱面并以克服抗張強(qiáng)度(小于抗剪)破壞拋擲能實(shí)現(xiàn)外口半徑與掏心長(zhǎng)度之比達(dá)到1.6/4，而雙向掏心計(jì)則達(dá)1.6/8。

附圖說明

圖1為本發(fā)明包含4個(gè)單葉雙曲面的實(shí)施例的鉆孔結(jié)構(gòu)側(cè)剖示意圖。

圖2為主輔掏心雙曲面鉆孔母線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為擴(kuò)孔雙曲面鉆孔母線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為巖塞內(nèi)口掌子面的截圓雙曲孔與排孔布置示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明保護(hù)一種采用以單葉雙曲面母線鉆孔為基礎(chǔ)進(jìn)行掏心貫通與擴(kuò)孔的巖塞爆破方法。步驟如下：

(1)根據(jù)已知取水巖塞內(nèi)口地質(zhì)或其緊下游隧道鉆爆施工參數(shù)進(jìn)行掏心體等體積更小表面積更優(yōu)掏心角換算等計(jì)算，確定用于主掏心貫通單葉雙曲面等爆破單葉雙曲面方程參數(shù)，同時(shí)獲得相應(yīng)的左旋或右旋母線方程組；所述單葉雙曲面包含同軸的至少1個(gè)內(nèi)部掏心單葉雙曲面和至少1個(gè)外部擴(kuò)孔單葉雙曲面，掏心單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ掏心小于擴(kuò)孔單葉雙曲面公式內(nèi)的ɑ擴(kuò)孔，一般情況下，ɑ掏心/c掏心>ɑ擴(kuò)孔/c擴(kuò)孔；掏心單葉雙曲面和擴(kuò)孔單葉雙曲面在巖塞內(nèi)口方向延長(zhǎng)在隧道壁上相交，其所在橫截面形成公共參照指示截圓，或分別與隧道相交，于該橫截面形成各自的專用參照指示截圓，用于鉆孔參照激光指向。

進(jìn)一步來講，根據(jù)已知隧道及其生產(chǎn)驗(yàn)證了的鉆爆施工數(shù)據(jù)計(jì)算巖塞掏心貫通長(zhǎng)度，對(duì)厚度在6米及以下的較小巖塞可采用雙曲巖塞掏心+雙曲擴(kuò)孔+排孔擴(kuò)孔爆破的方式爆破(選擇比手風(fēng)鉆方向性更好深度更大的鉆孔技術(shù)措施則不限于6米)，或者對(duì)厚度在6米或6米以上的較大巖塞，可采用雙曲小巖塞掏心+小巖塞雙曲擴(kuò)孔+大巖塞中導(dǎo)洞+大巖塞排孔擴(kuò)孔的方式進(jìn)行施工鉆孔及爆破。以圖1所示的實(shí)施例，以雙曲小巖塞軸的中點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，以巖塞中心向巖塞內(nèi)口方向軸線為z軸，以鉛錘向上為x軸，以及以垂直紙面向外為y軸，建立笛卡爾右手坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱雙曲巖塞坐標(biāo)系)。

根據(jù)巖塞爆破對(duì)主掏心雙曲體輔助掏心以及擴(kuò)孔的需要得到4個(gè)同軸的雙曲面，如圖1所示，由內(nèi)而外依次是輔助掏心雙曲面11、主掏心雙曲面12、第一次擴(kuò)孔雙曲面13、第二次擴(kuò)孔雙曲面14。最內(nèi)側(cè)的輔助掏心雙曲面11的腰部最小半徑為0.3米，這樣可保證雙曲面掏心孔在孔最密集、最細(xì)腰部，打15cm、12cm間距孔，由于激光精確指向，相鄰孔不會(huì)打交叉穿通。雙曲面母線掏心孔在雙曲線腰部孔最密集處的間距可為12-30cm。

用如下參數(shù)方程先行計(jì)算機(jī)繪圖計(jì)算。已知單葉雙曲線的方程是：

其中：ɑ＝b，且ɑ、c為正數(shù)。同時(shí)可確定掏心雙曲面和擴(kuò)孔雙曲面在z＝0處(即雙曲面的腰部中心)平面所截圓半徑(即雙曲面方程ɑ值)。

結(jié)合圖1及上述公式，由內(nèi)至外的4個(gè)同軸雙曲面的參數(shù)ɑ逐漸增大，如圖1所示。

當(dāng)式中ɑ較小、ɑ/c較大時(shí)，適用于主掏心單葉雙曲面，即適用于巖塞掏心貫通，如圖2所示的雙曲面，2個(gè)對(duì)稱漏斗體完整閉合弱結(jié)構(gòu)面僅需母線孔爆破張裂即成，而巖體抗張比抗剪強(qiáng)度還要小得多，因而利于掏心體分離圍巖母體雙向拋擲(拋射)爆破掏心貫通。

當(dāng)式中ɑ較大、ɑ/c較小時(shí)，適用于如圖3所示的擴(kuò)孔單葉雙曲面，即可適用于巖塞雙曲掏心貫通后的緊后的擴(kuò)孔爆破，以同時(shí)保證管狀巖層的厚度變化控制在一定的幅度內(nèi)(如30～40％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于動(dòng)抗張剪與動(dòng)抗壓強(qiáng)度差)，以適應(yīng)均勻裝藥要求。

由此可知，掏心雙曲面和擴(kuò)孔雙曲面區(qū)別和優(yōu)勢(shì)分別在于，掏心雙曲腰部愈細(xì)，ɑ/c愈大，就愈具向兩端口掏心的效果；而擴(kuò)孔要求雙曲腰依次遞增而ɑ/c則遞減使掏心形成的爆破厚度差較均勻分配到3次緊后爆破的3層環(huán)形管狀巖體。

利用上述計(jì)算的雙曲面方程，可獲得如圖1所示的主掏心雙曲面12和擴(kuò)孔雙曲面13、14在巖塞內(nèi)口的方向延長(zhǎng)相交在隧道壁上的截圓，此處所在的橫截面正好為3個(gè)雙曲面的公共參照指示截圓21。最內(nèi)部的輔助掏心雙曲面11在巖塞內(nèi)口的方向延長(zhǎng)亦交在隧道壁上，獲得如圖1所示另一個(gè)隧道壁截面，即輔助參照指示截圓22。與上述不同的是，該輔助掏心雙曲面11的ɑ/c比值應(yīng)小于主掏心雙曲面12的ɑ/c比值，甚至小于第一次、第二次擴(kuò)孔雙曲面13、14的比值，因此使得輔助參照指示截圓22的位置相對(duì)公共參照指示截圓21的位置更遠(yuǎn)離巖塞，目的是增加兩掏心雙曲面間巖體厚度，對(duì)掏心體均勻爆破。

上述4個(gè)雙曲面均由左旋或右旋的直線母線族實(shí)現(xiàn)，其中左旋母線表示的相應(yīng)參數(shù)方程是：

或右旋母線表示的相應(yīng)參數(shù)方程是：

其中，0°≤θ<360°。所述式2和式3的2個(gè)母線參數(shù)方程，已獲得樣例驗(yàn)證，為本專利的保護(hù)內(nèi)容；本領(lǐng)域技術(shù)人員可按照樣例根據(jù)各項(xiàng)目巖塞地質(zhì)隧道施工參數(shù)計(jì)算得到式1～式3的參數(shù)。

上述無論是掏心、還是擴(kuò)孔單葉雙曲面，每個(gè)雙曲面僅采用一個(gè)方向的母線組，如圖2及圖3所示，即要么左旋雙曲面母線，要么或右旋雙曲面母線孔，而且相鄰雙曲面孔旋轉(zhuǎn)方向相反會(huì)使爆破孔穿過更多的地質(zhì)體，具有均勻爆破、更佳的掏心與擴(kuò)孔爆破效果。

(2)根據(jù)雙曲面方程和母線參數(shù)方程，確定母線與雙曲巖塞內(nèi)口掌子面截圓的交點(diǎn)，即雙曲掏心孔與擴(kuò)徑孔開孔點(diǎn)位，同時(shí)確定母線與公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A的交點(diǎn)，即鉆孔指向參照點(diǎn)。

具體來說，利用上述雙曲線方程(式1)，令x＝±ɑ，可求取相應(yīng)的4個(gè)y值，獲得2對(duì)相交的左旋、右旋特征直線母線，再令y＝±ɑ，可求取相應(yīng)的4個(gè)x值，獲得另2對(duì)相交的左旋、右旋特征直線母線，由此可得出左旋/右旋特征直線母線在掌子面截圓開孔點(diǎn)位坐標(biāo)，以及公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A或輔助參照指示截圓上的參照指示點(diǎn)位坐標(biāo)。

選擇母線旋轉(zhuǎn)方向(左旋或者右旋)后，根據(jù)上述確定的4根用于檢驗(yàn)和定位的特征直線母線與掌子面截圓的交點(diǎn)為特征掏心孔或特征擴(kuò)徑孔開孔點(diǎn)位；特征直線母線與公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A或輔助參照指示截圓的交點(diǎn)為特征參照點(diǎn)；對(duì)所述特征掏心孔開孔點(diǎn)位(或特征擴(kuò)徑孔開孔點(diǎn)位)和特征參照點(diǎn)進(jìn)行截圓玄長(zhǎng)、1/4周角以及半周角幾何條件檢核。

根據(jù)上述特征直線母線，有兩種方式可以獲得其他母線。

其一，解析函數(shù)計(jì)算法：根據(jù)上述母線參數(shù)方程式2(或式3)及對(duì)特征直線母線所需的旋轉(zhuǎn)角度θ(如10°、15°或30°遞增)確定該角度對(duì)應(yīng)的直線母線，確定該直線母線在掌子面上的雙曲掏心孔開孔點(diǎn)位、擴(kuò)徑孔開孔點(diǎn)位和公共參照指示截圓或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A或輔助參照指示截圓上的鉆孔指向參照點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，按共母線兩點(diǎn)一線進(jìn)行激光指向鉆孔得到精確的復(fù)數(shù)直線母線掏心孔與直線母線擴(kuò)徑孔，并保證鉆孔在雙曲腰部橫向1cm的精度。

其二，截圓圓周等分法：對(duì)掌子面的特征掏心孔所在截圓圓周和特征參照點(diǎn)所在截圓圓周進(jìn)行等分(如8～36等分)，對(duì)應(yīng)的等分點(diǎn)兩點(diǎn)一線進(jìn)行激光指向鉆孔得到復(fù)數(shù)直線母線掏心孔與直線母線擴(kuò)徑孔，并保證鉆孔在雙曲腰部橫向1cm的精度。

在圖1所示的輔助掏心雙曲參照指向截圓22上所確定的輔助指向參照點(diǎn)愈遠(yuǎn)離巖塞內(nèi)口，使輔助掏心孔在掏心體內(nèi)布置愈均勻，掏心爆破愈均勻。

上述x＝±ɑ與y＝±ɑ能確定4條特征直線母線，并以這四條(左旋或右旋的)特征直線母線為基準(zhǔn)，而截圓精工制作安裝并圓周mm刻度，對(duì)截圓圓周等分并達(dá)到(5mm)足夠高精度，這樣既便于各開孔點(diǎn)與各鉆孔指向參照點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算、也便于全站儀放樣與檢核。

最內(nèi)側(cè)的輔助掏心雙曲面11的直線母線掏心孔數(shù)量為6～12眼，主掏心單葉雙曲面的直線母線掏心孔數(shù)量為12～24眼、第一次、第二次擴(kuò)孔雙曲面13、14的直線母線擴(kuò)徑孔位數(shù)量為12～32眼等。如圖4所示的實(shí)施例，在掌子面23上，輔助雙曲掏心孔231布置8眼，主雙曲掏心孔232、第一次雙曲擴(kuò)孔233、第二擴(kuò)孔雙曲截圓234均布置16眼，第一層排孔擴(kuò)孔235布置(>40mm孔徑)12眼、第二層排孔擴(kuò)孔236布置(>40mm孔徑)24眼。當(dāng)然，并不限定于圖4上的孔位與孔數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算做孔。上述主雙曲掏心孔數(shù)量的增多，更利于掏心體脫離圍巖母體掏心拋擲(拋射)爆破成型貫通；光面或預(yù)裂孔增多會(huì)使巖塞成型更光滑。

在公共參照指示截圓21及輔助參照指示截圓22(或?qū)Ｓ脜⒄罩甘窘貓A)安裝精工制做h型鋼完整圓形鋼構(gòu)，其里圈外沿mm刻度(如用mm刻度鋼卷尺緊貼一圈閉合搭接截?cái)?刻度端在外保護(hù)點(diǎn)焊于鋼構(gòu)上)，保證圓周等分(5mm)足夠高精度。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行小巖塞雙曲激光指向鉆孔，當(dāng)然并不限定于此指向鉆孔技術(shù)，其他現(xiàn)有的指向鉆孔方式均可，鉆孔深度到保護(hù)層巖體界面截止；對(duì)直線母線掏心孔和直線母線擴(kuò)徑孔在巖塞內(nèi)口設(shè)置封堵段巖體。大巖塞進(jìn)行排孔鉆孔，可以采用多臂鉆等以保證滿足鉆孔深度的要求。在下述實(shí)施例中包含臺(tái)階型的中導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)進(jìn)行錐臺(tái)母線排孔擴(kuò)孔31布置、最外層進(jìn)行錐臺(tái)面光面爆破孔32的布置。

如果追求取水口光滑流線型造型，錐臺(tái)孔可以改布置特別雙曲面孔，預(yù)裂或光面爆破雙曲面腰在巖塞內(nèi)口與隧道壁光滑連接，需要鉆孔換桿以及對(duì)巖塞內(nèi)口洞室壁超挖并在完成指向鉆孔后回填噴混找型。

(3)裝藥。

在步驟2中的直線母線鉆孔內(nèi)，按火工設(shè)計(jì)裝藥，可裝滿或可間斷裝藥，中間2個(gè)掏心雙曲在鉆孔中間(雙曲腰部)的位置增量裝藥，并同時(shí)布管索，最后導(dǎo)爆連接。

巖塞外口保護(hù)層獨(dú)立微型炸藥室與擴(kuò)大孔及其以外各孔底可增量裝藥，但與雙曲掏心母線鉆孔裝藥間嚴(yán)格封堵、互相獨(dú)立。爆破用于覆蓋拋擲，其爆破破壞半徑與拋擲漏斗包絡(luò)不得大于或逾越同(雷管)段爆破設(shè)計(jì)范圍，不影響后續(xù)段的爆破并保證雙曲兩方向掏心貫通拋擲爆破。因而各爆破面在巖塞外口的間距原則上應(yīng)不小于巖質(zhì)覆蓋厚度，該厚度取值介于0.50～1.00米之間某值。鑒于主單葉掏心爆破面與擴(kuò)大孔爆破面在巖塞外口相距較小，在擴(kuò)大孔爆破面鉆孔底增量裝藥而不在主掏心雙曲孔底增量裝藥。外口泥土覆蓋如過厚則機(jī)械清理或提前(在巖塞作業(yè)前)單獨(dú)水下拋擲爆破。

(4)爆破

巖塞爆破時(shí)小巖塞輔助雙曲掏心孔、主掏心孔爆破首先貫通，再雙曲擴(kuò)孔爆破，再對(duì)大巖塞從內(nèi)到外順序排孔爆破，最后周邊孔光面爆破成型。而具體的時(shí)間間隔是本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)查閱爆破手冊(cè)與計(jì)算推理得知的并可經(jīng)試驗(yàn)確定，可參考有關(guān)案例特別是巖塞爆破前隧道鉆爆施工的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗璧脑?，軸向掏心行程大于側(cè)崩擴(kuò)孔行程，水下巖塞掏心與第一次雙曲擴(kuò)孔時(shí)差宜略大于隧道掏心與其緊后爆破間的滯遲時(shí)間差。

另外，對(duì)厚度大于6米的大巖塞爆破，在步驟(1)之前，先行施工中導(dǎo)洞。即先在大巖塞內(nèi)口洞室施工臺(tái)階漸變中導(dǎo)洞，如圖1中所示，中導(dǎo)孔(洞)由外向內(nèi)每半米鉆爆逐段縮徑，縱剖面以軸線對(duì)稱呈對(duì)稱臺(tái)階型，以方便小巖塞雙曲鉆孔與指向作業(yè)。其方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有的方式實(shí)現(xiàn)，不再做具體闡述。

在巖塞內(nèi)口底設(shè)有封堵段巖體，其起到密閉高壓氣體實(shí)現(xiàn)破壞即高壓氣體拋擲的作用，設(shè)置方式為本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)巖體的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)，隧道施工的封堵厚度可為直接參考并因增量裝藥適當(dāng)加厚。

本發(fā)明采用對(duì)巖塞進(jìn)行雙曲面母線鉆孔的方式，可產(chǎn)生很好的掏心效果，即掏心體被完全爆破碎化并被爆破高壓氣體拋射出或拋射向口外(爆破段完全貫通)，為緊后(雷管段)擴(kuò)大層環(huán)形管狀巖體爆破以及后續(xù)層段環(huán)形管狀巖體爆破直至保護(hù)孔爆破面與光面成型爆破創(chuàng)造足夠凌空(凌水)空間與凌空時(shí)間條件，保證后續(xù)爆破(含部分?jǐn)D壓爆破)的效果。而掏心體構(gòu)造節(jié)理面在掏心做眼與裝藥分布上是要予以考慮并可以利用的，借助結(jié)構(gòu)節(jié)理面減少掏心阻力；裝藥時(shí)可以區(qū)分對(duì)待，掏心體結(jié)構(gòu)面縫里的孔少裝藥以至于不鉆孔不裝藥，穿完整地質(zhì)結(jié)構(gòu)體的眼多裝藥。鉆孔裝藥外口0.50米以上封堵要嚴(yán)實(shí)牢固以保證雙曲全孔爆破向兩端口拋擲的掏心效果。

以下為一具體純雙曲巖塞實(shí)施例的實(shí)際參數(shù)。

表1：掏心雙曲與擴(kuò)孔雙曲參數(shù)計(jì)算表(單位：m)

主掏心雙曲面12在z＝0處(雙曲面的腰部中心)平面所截圓半徑0.6m；z＝4m處(掌子面)平面所截圓半徑1.6m；z＝6m(工作平臺(tái)中間后視點(diǎn))平面所截圓半徑2.33m；z＝9.846m平面所截圓半徑3.70m，即隧道主洞半徑，也是公共參照指示截圓半徑，主掏心雙曲面、2層擴(kuò)孔雙曲面可公共此圓來進(jìn)行鉆孔激光指向。

輔助掏心單葉雙曲面參數(shù)：最細(xì)腰部半徑0.3m，最大口半徑0.7米，可以布6孔。如硬巖隧道鉆爆雙楔形掏槽一樣助力掏心，掏心因?yàn)樵隽垦b藥，孔距可以突破小于最小抵抗線原則。z＝14.768m，輔助參照指示截圓半徑3.70m(即與隧道主洞半徑相同)。以上皆為雙曲鉆孔定位與指向重要數(shù)據(jù)。在公共參照指示截圓及專用參照指示截圓處安裝精工制安h型鋼完整圓形鋼構(gòu)，其3.7m半徑里圈外沿用mm刻度50米鋼卷尺緊貼一圈閉合搭接截?cái)?刻度端在外保護(hù)點(diǎn)焊于鋼構(gòu)上，用于截圓精確等分。

第一次擴(kuò)大孔爆破面用單葉雙曲面布孔，參見表1，最細(xì)腰部半徑1.3m，32孔，腰部孔距(實(shí)際孔間弧段長(zhǎng))27.65cm，巖塞內(nèi)底z＝3.5m最大口半徑1.830m，3.5m封堵處孔距38.92cm；第一次擴(kuò)大孔爆破面如圖3(雙曲腰較粗)，這樣雙曲腰部最大爆破厚度0.70m，而兩端(掏心爆破時(shí))最小保護(hù)厚度0.40m，爆破厚度差40％。

第二次雙曲擴(kuò)孔為32孔，中間腰部孔距41.23cm，3.5m封堵處孔距46.39cm；爆破厚度差30％。不同管段的雙曲面設(shè)計(jì)在腰部中間進(jìn)行最大爆破厚度的控制設(shè)計(jì)；而在雙曲面兩端口則進(jìn)行最小保護(hù)厚度的設(shè)計(jì)控制；并遵守孔距小于最小抵抗線原則。盡管同一鉆孔封堵后實(shí)際最小抵抗線有約30～40％的變化，但巖石的動(dòng)抗張剪與動(dòng)抗壓強(qiáng)度相差懸殊(以至于不一數(shù)量級(jí))，理論上可以均勻裝藥，簡(jiǎn)化作業(yè)；但對(duì)于最小抵抗線變化較大的情況則可根據(jù)爆破厚度精確線密度變化裝藥。

以下列舉應(yīng)用本發(fā)明的巖塞掏心貫通擴(kuò)孔的具體實(shí)踐實(shí)施例。

實(shí)施例1：

根據(jù)現(xiàn)有的長(zhǎng)甸項(xiàng)目研究采用帶中導(dǎo)洞的全排孔深孔大型巖塞爆破方案，通過引水洞內(nèi)全斷面巖塞生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，先行施工中導(dǎo)洞，巖塞爆破時(shí)小巖塞平行密集排孔(3米深)爆破首先貫通，大巖塞從內(nèi)到外順序爆破，最后周邊孔光面爆破成型的施工爆破的方案并取得成功。

吉林引松可以把雙曲的技術(shù)嫁接到長(zhǎng)甸技術(shù)方案上，如圖1所示，中導(dǎo)洞做由外到里每半米鉆爆逐段縮徑縱剖成對(duì)稱臺(tái)階型調(diào)整，以方便小巖塞雙曲鉆孔作業(yè)，因?yàn)閾?jù)引松通風(fēng)豎井成型爆破，對(duì)豎井倒臺(tái)階布置設(shè)計(jì)，中間做小導(dǎo)井為自由面進(jìn)行分層側(cè)崩并對(duì)豎井依然倒臺(tái)階頂成型爆破是安全的成功的。用雙曲的技術(shù)對(duì)更大一些的小巖塞貫通爆破，其中手風(fēng)鉆可鉆5～6米深孔，小巖塞可約4～5米長(zhǎng)。這樣可以降低先導(dǎo)孔(中導(dǎo)孔)作業(yè)難度，提高生產(chǎn)效率；更重要的是因?yàn)殂@爆施工預(yù)留小巖塞厚了1～2米，雙曲爆破確有掏心的機(jī)制，為后續(xù)管段爆破創(chuàng)造了凌空條件，能更好的保證巖塞爆破順利貫通擴(kuò)孔與精確完美成型，保證生產(chǎn)安全。

吉林引松一標(biāo)應(yīng)該在1#支洞主洞內(nèi)(上游下游皆可)進(jìn)行全斷面巖塞生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)：先行中導(dǎo)洞短進(jìn)尺弱爆破鉆爆施工；再人工手風(fēng)鉆(定位與尋向指向精度高于多臂鉆等，多臂鉆操作手遠(yuǎn)離掌子面8米之外，在未采取有效措施情況下難以準(zhǔn)確定位鉆孔并準(zhǔn)確指向)小巖塞雙曲鉆孔，大巖塞排孔鉆孔(可以采用多臂鉆等以保證滿足鉆孔深度的要求)；按火工設(shè)計(jì)裝藥，布管索，導(dǎo)爆連接；巖塞爆破時(shí)小巖塞雙曲輔掏心孔、主掏心孔爆破首先貫通，再雙曲擴(kuò)孔爆破，再對(duì)大巖塞從內(nèi)到外順序排孔爆破，最后周邊孔光面爆破成型。選擇借鑒響洪甸、長(zhǎng)甸等項(xiàng)目諸多成功的適用的措施保障：如采用巖塞爆破球殼形混凝土堵頭，殼體厚度僅1.5m，既易于拆除，又大大節(jié)省了工程量；采用孔外預(yù)裝藥工藝，使用pvc管防水保護(hù)，在孔外預(yù)裝藥封口，加快雙曲孔裝藥速度，確保操作安全、裝藥質(zhì)量和引爆的可靠性；研究采用激光入孔測(cè)算驗(yàn)孔等保障措施；對(duì)巖塞爆破洞內(nèi)外各要害關(guān)鍵措施部位視頻集成監(jiān)控輔助決策指揮等。雙曲指向h型鋼的圓鋼構(gòu)作為永久支護(hù)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在完成指向任務(wù)后對(duì)鋼構(gòu)槽噴混凝土與洞壁齊平，并使鋼構(gòu)獲得混凝土保護(hù)。該主洞內(nèi)1:1比例試驗(yàn)巖塞爆破方案獲得成功，就完全可以用于引松主巖塞爆破，并完全可以推廣應(yīng)用于其他項(xiàng)目巖塞爆破。該實(shí)施例隧道的形式、施工的形式，都是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的，根據(jù)圖1可以推導(dǎo)出來。

鑒于同樣的地質(zhì)巖性情況，6米厚小巖塞主掏心單葉雙曲面方程(按3/4的比例對(duì)8米厚純雙曲巖塞爆破主掏心雙曲縮小)為：

小巖塞厚6m；雙曲8米直徑指示截圓的軸向坐標(biāo)z＝10.903m；巖塞外口到雙曲8米直徑指示截圓距離為13.903m；漸變中導(dǎo)洞可7m長(zhǎng)。如此完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)12～13米厚(長(zhǎng))巖塞的貫通爆破、擴(kuò)孔爆破以及光面成型爆破。

實(shí)施例2：

根據(jù)隧道鉆爆施工計(jì)算的引松案例8米厚純雙曲巖塞爆破主掏心雙曲面方程為：

另外，提供以下采用本發(fā)明的巖塞雙曲掏心貫通方法的相關(guān)技術(shù)要求。

1、確保巖塞掏心貫通

為保證巖塞單葉雙曲掏心貫通，讓主雙曲掏心體嚴(yán)格對(duì)稱布置封堵，保證雙曲2個(gè)方向?qū)ΨQ掏心貫通。巖塞掏心應(yīng)在迎水端根據(jù)水頭與自重增量裝藥，可按照水下爆破裝藥增量比例20％～30％，巖塞內(nèi)口封堵長(zhǎng)也應(yīng)相應(yīng)的大于外口巖質(zhì)保護(hù)厚度；更準(zhǔn)確的表述是應(yīng)使得內(nèi)口堵塞段巖層體抗張剪強(qiáng)度等于外口保護(hù)層抗張剪強(qiáng)度加上水頭壓強(qiáng)以及2端保護(hù)堵塞巖體重量產(chǎn)生的軸向壓強(qiáng)，保證雙曲體2端在幾乎同樣最小爆破沖擊高壓條件下同時(shí)被沖擊破壞。而雙曲掏心實(shí)際增量60％～300％裝藥爆破沖擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這樣的抗沖擊能力(要求擴(kuò)孔1次巖體足夠厚，參圖1)，并把外口掏心石塊拋射出爆破后過流水流場(chǎng)，而掏心腰部足夠細(xì)抑制過流，并各段銜接良好，爆破持續(xù)高壓期間無有過巖塞水流，這樣可保證水下巖塞雙曲2方向?qū)ΨQ掏心貫通拋射爆破及其后續(xù)各擴(kuò)孔成型爆破；從這方面來說，對(duì)巖塞外口進(jìn)行八字洞口成型光面爆破對(duì)保證雙曲掏心爆破是具有價(jià)值的，即能較好的實(shí)現(xiàn)巖塞均質(zhì)雙曲鉆孔對(duì)稱封堵，保證內(nèi)外口封堵巖層體在最小(較小)雙曲裝藥的情況下同時(shí)拋擲爆破。所以盡管巖塞外口大內(nèi)口小，但雙曲掏心體要求嚴(yán)格對(duì)稱，保證掏心雙曲體內(nèi)外口等徑。巖塞邊孔成型亦可采用預(yù)裂爆破(特別是在小地應(yīng)力與無地應(yīng)力情況下)，讓邊孔面充分張裂并反射隔離爆振波，但為保證如上雙曲掏心貫通，邊孔預(yù)裂爆破毫秒雷管段位時(shí)點(diǎn)應(yīng)安排在掏心爆破緊后(且裝藥量嚴(yán)格控制)。外口中心保護(hù)層界面獨(dú)立微型炸藥室拋擲爆破時(shí)點(diǎn)則置于雙曲掏心爆破緊前。

2、在輔助掏心雙曲以里的軸線上再鉆102mm孔，在腰部中心相對(duì)集中增量裝藥并2頭封堵孔各0.50～1.00米，助力雙曲向2端口掏心拋射爆破，具改善爆破破碎與增加拋擲功的效果；并且可以在孔底裝藥封堵形成微型炸藥室，對(duì)雙曲掏心外口覆蓋拋擲爆破需要使用多臂鉆、電腦鉆孔臺(tái)車或潛孔鉆來鉆孔作業(yè)。

3、雙曲掏心需要在最初雷管段爆破形成足夠的臨空空間，所以在巖塞內(nèi)口隧道灌水、封堵注氣并不適用，特別是在水平軸線的巖塞爆破情況下；為保護(hù)閘門井可以在取水斜隧道設(shè)置消能緩釋爆破沖擊氣體的物理攔擋，如方便拆卸取出洞頂懸掛高分子材料充水囊柱排陣，借助粗鋼筋框架繞隧道軸徑向分層由外到里盤旋再由里到外軸向下一層盤旋的重復(fù)纏繞高分子材料管先充氣后完全充水的封堵段；為保護(hù)集渣坑底板可以墊渣。

4、鉆爆數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)支持

借助現(xiàn)成既有的空間數(shù)據(jù)軟件，把巖塞口(厘米精度)水下地形數(shù)據(jù)、水下地形泥土質(zhì)覆蓋層數(shù)據(jù)、土石分界面(亦厘米精度)數(shù)據(jù)輸入該獲得檢驗(yàn)的成熟的現(xiàn)場(chǎng)熟練使用的可靠空間數(shù)據(jù)軟件數(shù)據(jù)庫；在鉆孔作業(yè)中，實(shí)時(shí)輸入鉆孔數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)巖塞地學(xué)數(shù)據(jù)與鉆孔數(shù)據(jù)的可視化，輔助指導(dǎo)鉆孔作業(yè)。并對(duì)如上地上數(shù)據(jù)與地下控制數(shù)據(jù)、鉆孔空間數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)的再檢核；巖塞施工地表與地下測(cè)量控制通過2豎井(巖塞作業(yè)前已建成，具備條件)直接聯(lián)測(cè)，可采用2井間距20米重鉛錘阻尼投點(diǎn)技術(shù)建立平面坐標(biāo)的直接聯(lián)測(cè)與方向傳遞以及高程聯(lián)測(cè)，建立獨(dú)立的高精度的巖塞坐標(biāo)系；并采用高精度陀螺儀的井上下方向直接定向聯(lián)測(cè)，對(duì)地上與地下數(shù)據(jù)做全面檢核修正再生成，保證鉆孔底空間數(shù)據(jù)相對(duì)地表巖土分界面數(shù)據(jù)的厘米水平精度；保證鉆孔底準(zhǔn)確到達(dá)巖塞一致的均勻的(0.50～1.00米間的某值)巖質(zhì)保護(hù)層厚界面；以保證巖塞爆破外口保護(hù)巖層與內(nèi)口封堵孔段巖層體對(duì)等的端口抗剪爆破拋擲效果，并保證生產(chǎn)安全。

對(duì)巖塞爆破洞內(nèi)外各要害關(guān)鍵措施部位視頻集成監(jiān)控輔助決策指揮等。