1.本发明涉及隧洞爆破施工领域，具体涉及一种城门洞型隧洞爆破布孔结构及爆破施工方法，主要应用于水利水电工程引水配水领域城门洞型隧洞爆破施工。
背景技术：
2.隧洞掘进最常采用钻爆法施工，并采用新奥法支护。钻爆的质量将直接决定隧洞施工的安全和经济性，掌子面布孔精度的高低是决定钻爆质量的重要因素之一。由于隧洞施工环境复杂，现场施工人员往往根据个人工作经验以及施工方便来确定钻孔的角度、深度和数量，导致钻孔数量以及布置不科学，投入人工和工时以及炸药量增大，同时隧洞爆破效果容易出现超欠挖现象，隧洞补炮现象频发，降低了隧洞围岩的完整性，导致现场施工危险系数增大，二次衬砌工作量以及成本增大。因而迫切需求一种提高隧洞开挖进尺、开挖质量、施工安全、经济效益的隧洞爆破施工布孔方法。
技术实现要素：
3.为了解决上述问题，本发明提供了一种城门洞型隧洞爆破布孔结构及爆破施工方法，本发明减少钻孔密度、增大钻孔深度、减少劳动力投入、提高循环进尺、缩短工期，节省工程投资：同时光爆效果较好，减少了围岩受爆破所产生的扰动，提高了岩石的完整性。
4.本发明提供了一种城门洞型隧洞爆破布孔结构，包括隧洞掌子面，隧洞掌子面包括上下分布的上断面和下断面，上断面为圆弧段，上断面从外向内依次布设上周边孔、第一排辅助孔、第二排辅助孔，上周边孔沿上断面的顶部布置且呈圆弧形分布，第一排辅助孔、第二排辅助孔均呈圆弧形分布，下断面从外向内依次布设下周边孔、第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽孔，下周边孔沿下断面的两侧壁竖直方向分布，第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽孔均竖直方向分布，底部布设底孔；
5.上周边孔和下周边孔的孔间距为40～50cm，第一排辅助孔和第二排辅助孔的孔间距为60～80cm，第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽孔的孔间距为80cm，底孔的孔间距为80cm；
6.上周边孔与第一排辅助孔、第一排辅助孔与第二排辅助孔之间的排间距为60cm，下周边孔与第一排掏槽孔、第一排掏槽孔与第二排掏槽孔、第二排掏槽孔与第三排掏槽孔之间的排间距为50～70cm；
7.第一排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为80
°
～82
°
，第二排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为72
°
～74
°
，第三排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为64
°
～66
°
。
8.进一步地，沿隧洞掌子面开挖轮廓线，上周边孔和下周边孔紧贴轮廓线布置。
9.进一步地，上周边孔与下周边孔的孔间距为50cm。
10.进一步地，第一排辅助孔和第二排辅助孔的孔间距为80cm。
11.进一步地，下周边孔与第一排掏槽孔、第一排掏槽孔与第二排掏槽孔、第二排掏槽孔与第三排掏槽孔之间的排间距为60cm。
12.进一步地，下断面的第一排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为82
°
。
13.进一步地，下断面的第二排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为74
°
。
14.进一步地，下断面的第三排掏槽孔与隧洞掌子面的角度为66
°
。
15.进一步地，下断面的掏槽孔与隧洞掌子面的角度允许误差为1～2
°
，优选2
°
。
16.进一步地，第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽孔纵向深度相同，隧洞掌子面到孔底的垂直距离为3～3.5m，优选3.5m。
17.本发明还提供了一种城门洞型隧洞爆破施工方法，包括以下步骤：
18.步骤一、准备工作：进入隧洞前确保洞内空气质量良好，照明充足，隧洞掌子面已经清理，支护已经跟进；
19.步骤二、测量放样：使用全站仪测量时将其架设在已经支护完成的区域，标出开挖隧洞掌子面中轴线和特征点以及周边孔位置，保证轴线精确、隧洞贯通及控制超欠挖；
20.步骤三、布孔钻孔：按照上述爆破布孔结构进行布孔，上断面从外向内依次布设9段周边孔、7段辅助孔、5段辅助孔，9段周边孔沿上断面的顶部布置且呈圆弧形，下断面从外向内依次布设7段周边孔、5段掏槽孔、3段掏槽孔、1段掏槽孔，7段周边孔沿下断面的两侧壁布置，沿下断面的底部布设9段底孔，确定钻孔的孔深和孔向，隧洞掌子面测点相对于洞室轴线的测量中误差不超过
±
10mm；其中，9段周边孔、7段辅助孔、5段辅助孔对应上述的上周边孔、第一排辅助孔、第二排辅助孔，7段周边孔、5段掏槽孔、3段掏槽孔、1段掏槽孔、9段底孔对应上述的下周边孔、第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽孔、底孔；所述1段、3段、5段、7段、9段为爆破延时时间段位；
21.步骤四、高压清孔：采用高压水枪对各个钻孔进行清理；
22.步骤五、装药联线：严格按爆破设计参数及炮孔布置规定装炸药和雷管，装药顺序先上后下，先两侧后中间，黄泥条或专制水带进行钻孔堵塞，堵塞长度不小于30cm；网线设计：起爆网络联线由上断面和下断面组成，上断面包括9段周边孔、7段辅助孔以及5段辅助孔，分别将每个起爆孔串联起来，并在城门洞型隧洞中轴线位置形成节点；下断面包括下断面1段掏槽孔、3段掏槽孔、5段掏槽孔以及7段周边孔，分别将每个起爆孔串联起来，并在每列中间部位形成节点；整行9段底孔在中间部位形成节点，然后将所有节点串联至下断面城门洞型隧洞中轴线节点位置，最后用导线引出；导爆管网路中无死结，炮孔内无接头；
23.步骤六、起爆警戒：按照爆破设计的警戒范围设置安全警戒线，将现场无关人员车撤离至安全警戒线以外；
24.步骤七、爆破起爆：敷设起爆网路应由有经验的爆破员或爆破技术人员实施，并实行双人作业制，起爆信号发出后现场指挥再次确认达到安全起爆条件后，下令起爆；
25.步骤八、起爆顺序：起爆时间按1段
→
3段
→
5段
→
7段
→
9段顺序先后爆破，相同段数同时起爆；
26.步骤九、通风排烟：通风20-30分钟以后，隧洞掌子面附近自动检测仪器监测含氧量和有毒有害气体达到相关指标达标后才能进行施工；
27.步骤十、爆后检查：安排专人进行现场盲炮检查：若存在盲炮，爆破网路未受破坏时，再联起爆；对现场收集的残留炸药要进行退库或集中销毁处理：确认现场唯有盲炮后，解除现场警戒；
28.步骤十一、机械出渣：采用装载机以及自卸渣土车进行出渣，可按照每50～60m设
置错车道、每250m设置回车道，根据地质工程师判定的围岩类型选择围岩条件较好的位置作为错车道和回车道，出碴车洞内行驶速度不大于10km/h；
29.步骤十二、隧洞排险：机械排险安排指导人员指挥反铲挖掘机排险，机械排险后台车就位，安排2名以上排险人员，由专人指导台车上排险人员对危险岩石进行清撬，排险从已支护侧向隧洞掌子面进行，视围岩条件及后续作业间隔时间，应组织二次排险；
30.步骤十三、成型检测；测量人员对爆破成型效果进行测量，测量处开挖进尺，超欠挖面积以及位置，现场技术人员分析爆破效果，并根据地质工程师对围岩判定结果调整下次爆破参数；
31.步骤十四、喷锚支护；根据地质人员对围岩判定结果按照施工设计图纸进行喷锚支护。
32.本发明的有益效果是：
33.1、本发明布孔设计合理，减少钻孔密度以及人工投入，爆破效果较好。
34.2、本发明中的下断面1段、3段、5段掏槽孔与隧洞掌子面采用大角度钻孔孔向，避免直线掏槽孔缺点，爆破岩石抛掷距离较小，爆渣较为集中，便于出渣。
35.3、本发明将隧洞掌子面分为上断面和下断面，并将掏槽孔、辅助孔、周边孔和底孔按时间间隔分成1段、3段、5段、7段、9段起爆，确保每段爆破有足够的临空面，减少炮孔装药量以及二次爆破对相邻炮孔产生的冲击，保证隧洞爆破成型效果。
36.4、本发明开挖钻孔确定深度3m～3.5m，提高循环进尺。
37.5、本发明的起爆网络按不同段数采用环形连接法，降低相邻炮孔爆破对导线产生破坏，有限降低盲炮发生率。
38.综上所述，本发明减少钻孔密度、增大钻孔深度、减少劳动力投入、提高循环进尺、缩短工期，节省工程投资：同时光爆效果较好，减少了围岩受爆破所产生的扰动，提高了岩石的完整性，创造了良好的社会效益和经济效益。
附图说明
39.图1为本发明各炮孔在隧洞掌子面的布孔位置示意图。
40.图2为本发明各炮孔在隧洞掌子面上的联线关系示意图。
41.图3为本发明各炮孔在隧洞掌子面上的间距示意图。
42.图4为本发明隧洞掌子面下断面掏槽孔的横剖面示意图。
43.图5为本发明实施例的方法流程图。
44.图中：1-上断面；2-下断面；3-第三排掏槽孔(1段掏槽孔)；4-第二排掏槽孔(3段掏槽孔)；5-第一排掏槽孔(5段掏槽孔)；6-下周边孔(7段周边孔)；7-上周边孔(9段周边孔)；8-第一排辅助孔(7段辅助孔)；9-第二排辅助孔(5段辅助孔)；10-底孔。
具体实施方式
45.下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
46.如图1-4所示，本发明提供了一种城门洞型隧洞爆破布孔结构，包括隧洞掌子面，隧洞掌子面包括上下分布的上断面1和下断面2，上断面1为隧洞掌子面的圆弧段，上断面1
从外向内依次布设上周边孔7、第一排辅助孔8、第二排辅助孔9，上周边孔7沿上断面1的顶部布置且呈圆弧形分布，第一排辅助孔8、第二排辅助孔9均呈圆弧形分布，下断面2从外向内依次布设下周边孔6、第一排掏槽孔5、第二排掏槽孔4、第三排掏槽孔3，下周边孔6沿下断面的两侧壁竖直方向分布，第一排掏槽孔5、第二排掏槽孔6、第三排掏槽孔7均竖直方向分布，底部布设底孔10。
47.参见图2，上断面的上周边孔7与下断面的下周边孔6的孔间距为40～50cm，第一排辅助孔8和第二排辅助孔9的孔间距为60～80cm，第一排掏槽孔5、第二排掏槽孔6、第三排掏槽孔7的孔间距为80cm，底孔10的孔间距为80cm。
48.上断面的上周边孔7与第一排辅助孔8、第一排辅助孔8与第二排辅助孔9之间的排间距为60cm，下断面的下周边孔6与第一排掏槽孔3、第一排掏槽孔3与第二排掏槽孔4、第二排掏槽孔4与第三排掏槽孔3之间的排间距为50～70cm。
49.作为一个具体的实施例，上断面的上周边孔7与下断面的下周边孔6的孔间距为50cm。第一排辅助孔8和第二排辅助孔9的孔间距为80cm。下断面的下周边孔6与第一排掏槽孔5、第一排掏槽孔5与第二排掏槽孔4、第二排掏槽孔4与第三排掏槽孔3之间的排间距为60cm。
50.参见图4，第一排掏槽孔5与隧洞掌子面的角度a为80
°
～82
°
，第二掏槽孔4与隧洞掌子面的角度为b为72
°
～74
°
，第三排掏槽孔3与隧洞掌子面的角度为c为64
°
～66
°
。作为一个具体的实施例，下断面的第一排掏槽孔5与隧洞掌子面的角度为82
°
，第二排掏槽孔4与隧洞掌子面的角度为74
°
，第三排掏槽孔3与隧洞掌子面的角度66
°
。掏槽孔与隧洞掌子面的角度允许误差为2
°
。
51.参见图4，第一排掏槽孔5、第二排掏槽孔4、第三排掏槽孔3纵向深度相同，隧洞掌子面到孔底的垂直距离为3～3.5m。作为一个具体的实施例，垂直距离为3.5m。
52.作为一个具体的实施例，沿隧洞掌子面开挖轮廓线，上周边孔7和下周边孔6紧贴轮廓线布置。
53.通过对各个钻孔的数据进行进一步的约束，可有效提高隧道光面的精确度和牢固程度。
54.本发明还提供了一种城门洞型隧洞爆破施工方法，参见图5，包括以下步骤：
55.步骤一、准备工作：进入隧洞前保证洞内空气质量良好，照明充足，隧洞掌子面已经清理，支护已经跟进；
56.步骤二、测量放样：使用全站仪测量时应尽量将其架设在已经支护完成的区域，标出开挖隧洞掌子面中轴线和特征点以及周边孔位置，保证轴线精确、隧洞贯通和控制超欠挖；
57.步骤三、布孔钻孔：按照上述爆破布孔结构进行布孔，上断面1从外向内依次布设9段周边孔7、7段辅助孔8、5段辅助孔9，9段周边孔7沿上断面的顶部布置且呈圆弧形，下断面2从外向内依次布设7段周边孔6、5段掏槽孔5、3段掏槽孔4、1段掏槽孔3，7段周边孔6沿下断面的两侧壁布置，沿下断面的底部布设9段底孔，确定钻孔的孔深和孔向，隧洞掌子面测点相对于洞室轴线的测量中误差不超过
±
10mm；其中，9段周边孔7、7段辅助孔8、5段辅助孔9对应上述的上周边孔、第一排辅助孔、第二排辅助孔，7段周边孔6、5段掏槽孔5、3段掏槽孔4、1段掏槽孔3、9段底孔10对应上述的下周边孔、第一排掏槽孔、第二排掏槽孔、第三排掏槽
孔、底孔；所述1段、3段、5段、7段、9段为爆破延时时间段位；
58.步骤四、高压清孔：采用高压水枪对各个钻孔进行清理；
59.步骤五、装药联线：严格按爆破设计参数及炮孔布置规定装炸药和雷管，装药顺序先上后下，先两侧后中间，黄泥条或专制水带进行钻孔堵塞，堵塞长度不小于30cm；网线设计：起爆网络联线由上断面1和下断面2组成，上断面1包括9段周边孔7、7段辅助孔8以及5段辅助孔9，分别将每个起爆孔串联起来，并在城门洞型隧洞中轴线位置形成节点；下断面包括下断面1段掏槽孔3、3段掏槽孔4、5段掏槽孔5以及7段周边孔6，分别将每个起爆孔串联起来，并在每列中间部位形成节点；整行9段底孔10在中间部位形成节点，然后将所有节点串联至下断面城门洞型隧洞中轴线节点位置，最后用导线引出，参见图2；导爆管网路中无死结，炮孔内无接头；
60.步骤六、起爆警戒：严格按照爆破设计的警戒范围设置安全警戒线，将现场无关人员车撤离至安全警戒线以外；
61.步骤七、爆破起爆：敷设起爆网路应由有经验的爆破员或爆破技术人员实施，并实行双人作业制，起爆信号发出后现场指挥再次确认达到安全起爆条件后，下令起爆；
62.步骤八、起爆顺序：起爆时间按1段
→
3段
→
5段
→
7段
→
9段顺序先后爆破，相同段数同时起爆；即7段辅助孔与7段周边孔同时起爆，9段周边孔与9段底孔同时起爆。
63.步骤九、通风排烟：通风20-30分钟以后，隧洞掌子面附近自动检测仪器监测含氧量和有毒有害气体达到相关指标达标后才能进行施工；
64.步骤十、爆后检查：安排专人进行现场盲炮检查：若存在盲炮，爆破网路未受破坏时，再联起爆；对现场收集的残留炸药要进行退库或集中销毁处理：确认现场唯有盲炮后，解除现场警戒；
65.步骤十一、机械出渣：采用装载机以及自卸渣土车进行出渣，可按照每50～60m设置错车道、每250m设置回车道，根据地质工程师判定的围岩类型选择围岩条件较好的位置作为错车道和回车道，出碴车洞内行驶速度不大于10km/h；
66.步骤十二、隧洞排险：机械排险安排指导人员指挥反铲挖掘机排险，机械排险后台车就位，安排2名以上排险人员，由专人指导台车上排险人员对危险岩石进行清撬，排险从已支护侧向隧洞掌子面进行，视围岩条件及后续作业间隔时间，应组织二次排险；
67.步骤十三、成型检测；测量人员对爆破成型效果进行测量，测量处开挖进尺，超欠挖面积以及位置，现场技术人员分析爆破效果，并根据地质工程师对围岩判定结果调整下次爆破参数；
68.步骤十四、喷锚支护；根据地质人员对围岩判定结果按照施工设计图纸进行喷锚支护。
69.上述的实施例只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本技术方案内容，不应理解为是对本发明保护范围的限制，只要是根据本发明技术方案所作的改进、简单替换，均落入本技术的保护范围。