岩石基础开挖成型施工方法

1.本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩石基础开挖成型施工方法。


背景技术：

2.众多工程建设施工过程中，均会面临大量的岩石基础开挖问题，钻孔爆破作为一种高效、经济、快速的岩石开挖手段，被广泛应用于岩石基础开挖工作中。受到爆炸产生的冲击波与爆生气体的动静联合作用，炮孔周边岩体会被破碎和抛掷；同时，这一过程会对基础面岩体产生一定程度的动力扰动，形成爆破损伤区。岩体本身含有微裂纹、小孔等初始缺陷，在动力扰动下初始缺陷会在此扩展或产生新的微裂纹等，导致损伤区内的岩石性质出现不同程度的劣化，若处理不当将会直接影响工程的运行安全，给人民生命和财产造成巨大的损失。
3.岩石基础爆破开挖的过程极其复杂，主要关注点在于基础开挖成型质量和爆破损伤控制两个方面。目前，岩石基础开挖通常采用预留保护层开挖的方法，常用的保护层开挖方法有传统的保护层分层爆破开挖法、水平预裂爆破开挖法、水平光面爆破开挖法、垂直孔柔性垫层微差爆破开挖法及孔底设柔性垫层的小梯段一次爆除法。但是传统的分层开挖，层层“剥皮”法施工效率很低，不能满足正常的开挖工期需求；水平预裂和水平光爆，开挖整体效果较好，但是采用柱状成品炸药进行水平孔内装药操作难度很大，需要布置比较密集的轮廓孔，钻孔和装药施工操作不仅需要耗费大量的人力和物力，还会严重延缓施工进度，此外采用水平预裂和水平光爆施工往往会由于钻机架设的需要引起40cm以上的超挖；孔底设柔性垫层的小梯段孔间顺序起爆法，开挖效果与柔性垫层的厚度直接相关，柔性垫层太厚，孔底装药量不足，难以克服底部岩体的夹持作用，使得爆后产生大量的根底，从而导致后期的人工撬挖工作量增大，柔性垫层太薄，对爆炸冲击波的缓冲作用有限，孔底损伤程度仍然较大。此外，针对岩石基础开挖难题，也出现了许多新颖的开挖技术，申请号为201310170450.0的中国专利提出了一种结合炮孔孔底消能和聚能的坝基一次成型钻孔爆破方法，申请号为201911193290.5的中国专利提出了一种基于爆炸能量调控的基础开挖面先锋槽开挖方法，中国专利zl 201920381204.2提出了一种适用于岩石基础开挖成型的高波阻抗定向滑落组合消能体等，这些新技术大多都是在孔底增设消能构件以降低爆炸冲击波对基础岩体的爆破损伤，但并没有对爆生气体引起的岩石基础爆破破坏进行针对性控制，使得这些新技术应用于冲击波发挥主要破岩作用的场合时开挖效果良好，而对于爆生气体发挥主要破岩作用的场合，开挖效果并不理想。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种岩石基础开挖成型施工方法，以解决上述背景技术存在的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种岩石基础开挖成型施工方法，其特征在于包括如下步骤：
6.s1、按照矩形布孔方式进行爆破设计，并进行爆破孔孔位放样；
7.s2、利用钻头前端搭载有微波破岩装置的钻机，在基础开挖面正上部且距其20cm～50cm处钻设水平辅助孔，钻进过程中微波破岩装置发射微波，弱化基础开挖面上部岩体力学参数；
8.s3、钻设爆破孔，将其装药段分为底部减弱装药段和中上部常规装药段，并依次完成爆破孔装药和堵塞施工操作；
9.s4、将水平辅助孔划分为底部空气间隔段、中部常规堵塞段及顶部加强堵塞段三部分，并完成各分段施工操作；
10.s5、联网起爆。
11.进一步的技术方案在于：爆破孔不设超深。
12.进一步的技术方案在于：水平辅助孔间隔布置在爆破孔之间，从待开挖岩体前侧临空面起钻设，钻设方向垂直于同排爆破孔构成的竖向平面。
13.进一步的技术方案在于：水平辅助孔深度与待开挖岩体的宽度相等。
14.进一步的技术方案在于：爆破孔的底部减弱装药段的范围为0.5m～1.0m，装药量相较中上部常规装药段减少30％～60％。
15.进一步的技术方案在于：水平辅助孔的底部空气间隔段与中部常规堵塞段通过空气间隔器分隔，空气间隔段长度为0.5m～1.0m，中部常规堵塞段由机械将钻孔岩屑吹填入孔内形成。
16.进一步的技术方案在于：水平辅助孔的顶部加强堵塞段由机械将膨胀水泥浆液喷射入孔内形成，长度为0.5～1.5m。
17.进一步的技术方案在于：步骤s3和步骤s4可同步进行。
18.进一步的技术方案在于：所述爆破孔竖向设置有若干条，所述水平辅助孔水平的设置在所述爆破孔之间。
19.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述方法利用微波破岩装置预先弱化基础开挖面上部岩体力学参数，并借助水平辅助孔为爆炸冲击波提供自由面，为爆生气体提供膨胀空间和导向通道，有利于克服底部岩体夹持作用，形成平整的开挖面；同时爆破孔不设超深，且减少了孔底装药量，降低了爆炸冲击波的对基础保留岩体的爆破损伤，水平辅助孔提供的导向通道有利于发挥爆生气体对基础面上部岩体的破坏作用，形成优势破坏路径，从而减弱了爆生气体对保留岩体的破坏作用。本发明不仅能显著提升岩石基础一次成型效果，还能有效降低炮孔底部损伤，具有施工便捷，开挖效果好等优点。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.图1是本发明实施例所述方法中爆破孔与水平辅助孔三维布置示意图；
22.图2是图1中a-a向的剖视结构示意图；
23.图3是本发明实施例所述方法的流程图；
24.其中：1、爆破孔，1-1、底部减弱装药段，1-2、中上部常规装药，1-3、起爆雷管，1-4、爆破孔堵塞段；2、水平辅助孔，2-1、底部空气间隔段，2-2、中部常规堵塞段，2-3、顶部加强堵塞段，2-4、空气间隔器；3、待开挖岩体；4、基础开挖面。
具体实施方式
25.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
27.本发明实施例公开了一种岩石基础开挖成型施工方法，某水电工程坝基岩体开挖采用现有技术难以兼顾开挖质量和施工效率，采用本发明所述方法进行爆破施工，待开挖岩体区域宽度为12m，长度为17.5m，如图3所示，所述方法具体包括如下步骤：
28.s1、所述方法在基础开挖面4之前进行操作，首先按照矩形布孔方式进行爆破设计，确定的爆破参数为：台阶高度为10m，钻孔倾角为90
°
，爆破孔1直径为90mm，深度为10m，炮孔间排距为3.5
×
3.0m，底部减弱装药段1-1的长度为0.5m，中上部常规装药段1-2长度为6.5m，堵塞长度1-4为3.0m，并进行爆破孔孔位放样，爆破孔与水平辅助孔三维布置示意图如图1所示；
29.s2、利用钻头前端搭载有微波破岩装置的钻机，在基础开挖面4正上部且距其30cm处钻设水平辅助孔2，水平辅助孔2间隔布置在爆破孔1之间，水平辅助孔深度为12m，从待开挖岩体3前侧临空面起钻设，钻设方向垂直于同排爆破孔1构成的竖向平面，水平辅助孔钻进过程中微波破岩装置发射微波，弱化基础开挖面上部岩体力学参数；
30.s3、钻设爆破孔，将其装药段分为底部减弱装药段1-1和中上部常规装药段1-2，底部减弱装药段的范围为0.5m，装药量相较于中上部常规装药段减少50％，并依次完成爆破孔装药和堵塞施工操作；
31.s4、将水平辅助孔2划分为底部空气间隔段2-1、中部常规堵塞段2-2及顶部加强堵塞段2-3三部分，水平辅助孔底部空气间隔段2-1与中部常规堵塞段2-2通过空气间隔器2-4分隔，空气间隔段2-1长度为0.8m，中部常规堵塞段2-2长度为10m，由机械将钻孔岩屑吹填入辅助孔内形成，顶部加强堵塞段2-3长度为1.2m，由机械将膨胀水泥浆液喷射入辅助孔内形成，水平辅助孔2与所述爆破孔1的配合如图2所示；
32.s5、当完成上述步骤s1-步骤s4后，进行联网起爆。
33.所述方法利用微波破岩装置预先弱化基础开挖面上部岩体力学参数，并借助水平辅助孔为爆炸冲击波提供自由面，为爆生气体提供膨胀空间和导向通道，有利于克服底部岩体夹持作用，形成平整的开挖面；同时爆破孔不设超深，且减少了孔底装药量，降低了爆炸冲击波的对基础保留岩体的爆破损伤，水平辅助孔提供的导向通道有利于发挥爆生气体对基础面上部岩体的破坏作用，形成优势破坏路径，从而减弱了爆生气体对保留岩体的破坏作用。本发明不仅能显著提升岩石基础一次成型效果，还能有效降低炮孔底部损伤，具有施工便捷，开挖效果好等优点。