一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法与流程

本发明属于隧道施工，具体涉及一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法。

背景技术：

1、目前，聚能爆破作为一种先进的爆破技术，近年来在隧道施工等领域取得了显著进展。从应用范围来看，聚能爆破已广泛用于铁路、公路、地铁隧道的光面爆破，以及矿山开采、煤矿切顶等场景。在隧道施工中，其作用尤为突出，能有效解决传统爆破技术面临的超欠挖严重、对围岩扰动大、施工效率低等问题。

2、在此背景下，聚能装置的精准定位显得尤为重要：聚能装置的核心功能是通过聚能槽（如 v 形、弧形槽）将爆轰能量汇聚为定向高动能射流，而安装角度直接改变射流的“作用轴线” 与岩石的相对位置；若周边孔聚能装置形成的射流所切割的裂纹能精准衔接，最终形成平整的隧道开挖轮廓，使得超欠挖可得到有效控制，但是目前，对于聚能装置爆破角度的定位，还是基于历史的施工经验来进行人工确定，使得聚能爆破工作远远无法达到理想的效果。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其中隧道的断面轮廓线包括开挖断面轮廓线，及其内部支护后的衬砌内轮廓线，定位方法具体包括如下步骤：

4、s1、构建基于衬砌内轮廓线的分段函数表达式；

5、s2、确定开挖断面轮廓线上的单孔设定孔深，以及设定装药量条件下侵彻裂缝的爆破侵彻长度；

6、s3、根据步骤s1和s2所确定的数据，计算开挖断面轮廓线上所需开设的周边孔数量，以及各周边孔聚能装置应偏转的角度；

7、s4、根据步骤s3所确定的数据，进行装药连线爆破；

8、s5、对爆破效果进行检验并评价。

9、如上所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，步骤s1具体为：

10、s1.1、确定相对位置；

11、s1.1.1、将衬砌内轮廓线划分为多段第一轮廓线，其中多段第一轮廓线中又包含呈弧形的多段第一弧形轮廓线；

12、所述开挖断面轮廓线（1）包括多段呈弧形的，且与第一弧形轮廓线同心的第二弧形轮廓线；

13、s1.1.2、以其中一段需要计算的第二弧形轮廓线的圆心o为基准点，将多段第二弧形轮廓线的圆心on用坐标表示；

14、s1.2、定坐标原点；

15、建立平面直角坐标系xoy，将多段第二弧形轮廓线的圆心的坐标在xoy上进行表示；

16、s1.3、表示断面轮廓线；

17、以函数的形式对多段第二弧形轮廓线进行表示；

18、s1.4、确定值域、定义域；

19、根据断面轮廓线的施工图纸，计算确定多段第二弧形轮廓线所对应函数的值域和定义域。

20、作为一种优选的实施方式，为方便弧形轮廓线的函数表达，在步骤s1.2中，衬砌内轮廓线为轴对称图形，平面直角坐标系xoy的坐标原点位于对称轴上。

21、作为进一步优选的，在步骤s1.2中，第二弧形轮廓线包括开口向下，且呈弧形的拱部轮廓线，以及开口向上，且呈弧形的仰拱轮廓线，平面直角坐标系xoy的坐标原点为拱部轮廓线的圆心o1。

22、如上所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，在步骤s2中，爆破侵彻长度是基于施工前水文、地质勘察数据，以及爆破方案设计规程，并通过工程经验总结、数值模拟以及相似模拟实验来确定。

23、具体地说，在步骤s2中，通常：

24、ⅰ、ⅱ级围岩装药量300~400g/m时侵彻长度为30~90cm；

25、ⅲ、ⅳ级围岩装药量200~300g/m时侵彻长度为20~70cm；

26、ⅴ、ⅵ级围岩装药量100~200g/m时侵彻长度为10~30cm。

27、如上所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，在步骤s3中，周边孔数量以及聚能装置偏转角度，是根据掌子面轮廓的超挖限制规定、侵彻裂缝长度和断面轮廓线计算所得。

28、其中，在步骤s3中，就周边孔数量的确定方式来说，其具体为：

29、as3.1、根据超挖限制规定确定最大超挖值和平均线性超挖值；

30、as3.2、根据现有研究数据及工程经验，并结合不同岩性和装药量参数，来确定侵彻裂缝长度；

31、as3.3、根据步骤as3.1和as3.2所得数据，对周边孔数量及位置进行计算，并将其转化为坐标系中的位于开挖断面轮廓线上的点。

32、在步骤s3中，再就所述聚能装置偏转角度的定位方式来说，其具体为：

33、bs3.1、将炮孔视为开挖断面轮廓线上的一个点，并计算该点的切线斜率；

34、bs3.2、将斜率转化为角度，实现聚能切割角度的精确定位。

35、如上所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，步骤s5具体为：

36、根据规定的掌子面轮廓规定的半孔率、最大超挖和平均线性超挖定量化指标，对爆破效果进行评价，若存在不满足标准的结果，则下次爆破应对步骤s2-s4所涉及的数据进行调整。

37、本发明的有益效果在于：

38、（1）通过建立精确的圆形曲线函数模型，将断面轮廓线上的每一个炮孔都转化为坐标点，并精确计算该点的切线斜率，最终转换为爆破角度，排除了人为经验和视觉误差，提高了爆破角度定位的精度；

39、（2）通过步骤s1-s4建立了坐标系和断面轮廓线的函数模型后，整个断面轮廓线上的所有炮孔点的角度计算，后续均可以借助计算机程序来批量完成，只需输入设计参数，即可快速生成所有炮孔的精确角度数据表，极大提高了前期准备工作的效率；

40、（3）通过求导计算炮孔的切线斜率，确保了每个周边炮孔的聚能槽方向都与该点的轮廓线切线方向严格垂直，使爆炸能量能精确地沿开挖轮廓线释放，形成平滑的光爆面，减少了对围岩的扰动，有效控制了超欠挖，提高了施工质量；

41、（4）通过分区域建立坐标系和函数模型，可以灵活应对复杂的几何轮廓，适用性较为广泛。

1.一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，断面轮廓线包括开挖断面轮廓线（1）及其内部的衬砌内轮廓线（2），其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，步骤s1具体为：

3.根据权利要求2所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s1.2中，衬砌内轮廓线（2）为轴对称图形，平面直角坐标系xoy的坐标原点位于对称轴上。

4.根据权利要求3所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s1.2中，第二弧形轮廓线包括拱部轮廓线和仰拱轮廓线，平面直角坐标系xoy的坐标原点为拱部轮廓线的圆心o1。

5.根据权利要求1所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s2中，爆破侵彻长度是基于施工前水文、地质勘察数据，以及爆破方案设计规程，并通过工程经验总结、数值模拟以及相似模拟实验来确定。

6.根据权利要求5所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s2中，通常：

7.根据权利要求1所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s3中：

8.根据权利要求7所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s3中，周边孔数量的确定步骤具体为：

9.根据权利要求7所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，在步骤s3中，聚能装置（3）偏转角度的确定步骤具体为：

10.根据权利要求1所述的一种基于隧道断面轮廓线的聚能爆破角度精准定位方法，其特征在于，步骤s5具体为：