[发明专利]一种孤石聚能电爆破碎装置

说明书

一种孤石聚能电爆破碎装置，特征是，实现对浅部工程地铁建设基坑成槽和盾构掘进遇孤石或孤石群时利用聚能电爆进行精准破碎孤石；包括电爆护筒、V形聚能射流器、喇叭形打捞嘴、锥形射水管、残渣回流管、导电铜棒、绝缘电流导线、高压储能放电系统、水平稳固系统、耐高压软管、水压增压控制器、储水箱、残渣收集箱、门式固定架、吊环、吊索、水、孤石、软土、钻孔、放电预留孔、射能器预留孔。具有高压放电压力冲击波能量在设定聚能射流方向集中释放、导电铜棒沿面与孤石多维度接触放电、聚能能量利用率高、孤石破碎效果好、打捞速度快的特点。

技术领域

本申请属于岩土体中孤石聚能电爆破碎技术领域。

背景技术

孤石是岩体不均匀风化形成的坚硬球状体且与周围岩土体在性质上有明显区别，以孤立的形式埋藏于残积土、全风化以及强风化的岩层中，具有体量小、直径不等、空间分布随机等特征，是当前地铁建设过程中遇到的难题之一。孤石的存在，受现有勘测技术的限制很难通过地质钻探找到其分布规律，是影响地铁车站地下连续墙成槽质量、桩基成桩质量和盾构掘进刀具刀盘磨损的重要因素。

现有关于孤石处理的方法，主要是地面处理和洞内处理。地面处理包括冲孔破碎和人工挖孔破碎。冲孔破碎法包括综合利用铣槽机、成槽机、旋挖钻、冲击锤等直接冲击破碎孤石，地层适应性较好，但易受施工场地限制，钻头损耗大，费用高、工程量大、工期长；人工挖孔破碎需要将孤石上覆的土层挖除，但工程量巨大，费用高、工程长，还需占用较大的场地，且开挖空洞稳定性不易控制，易引发岩土体坍塌。洞内处理主要包括盾构直接推进、钻孔爆破、静态爆破、人工进仓处理等。盾构直接推进是利用盾构刀具直接切削破碎孤石，由于孤石的强度不均、大小不一，其在切削过程中刀具磨损严重，需频繁更换，且施工风险高、延误工期和增加施工成本，如强行通过孤石区会导致盾构损坏；钻孔爆破需在孤石上方钻出炮孔再安放炸药进行处理，但孤石的精准探测难度大，其处理前需对施工区域进行详细的补勘，准确找出孤石所处的埋深和体积，由于受工程建设成本和勘察技术限制，很难精准预测每一个测孔之间的地质变化，加之爆破时振动冲击大，在高密集的城市中心区域很难实施；静态爆破需经过盾构开仓才能实施，增加了盾构施工的风险，局限性大，不能主动预先发现孤石和破除孤石，且静态爆破剂工效低，作业人员空间受到很大限制，增加了施工成本，工期较长；人工进仓处理是使用分裂机破除孤石或更换刀具刀盘，适用于地质情况较好的地层，但需要人工进入开挖区作业，人工成本高、施工风险大，处理孤石的工效较差，对复合地层孤石的处理难度较大，易造成人员伤亡。

综上所述，目前还没有系统开展聚能电爆破碎孤石的研究，也没有涉及耦合电爆和高水压射流以打捞孤石的研究。聚能电爆破碎孤石的方法不同于传统的爆破法，它是利用高压储能器放电产生高压冲击波的力学效应，使其沿预先设定的 V形聚能射流器产生集中能量流致使岩体产生破坏。因此，研发的聚能电爆破碎孤石的高水压冲刷装置，能安全高效地对复杂环境下复合地层遇孤石或孤石群进行精准破碎，节约施工成本，缩短建设工期。

发明内容

本申请的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种聚能电爆破碎孤石的高水压冲刷装置，具有高压放电压力冲击波能量在设定聚能射流方向集中释放、导电铜棒沿面与孤石多维度接触放电、聚能能量利用率高、孤石破碎效果好、打捞速度快的特点。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种聚能电爆破孤石设计方法，特征是，包括聚能电爆破碎孤石和打捞孤石两个过程，实现对浅部工程地铁建设基坑成槽和盾构掘进遇孤石或孤石群时利用聚能电爆进行精准破碎孤石；具体步骤为：

步骤1，预制好电爆护筒1、V形聚能射流器2；V形聚能射流器2下端设有小开口V形喷嘴，小开口V形喷嘴下端对应孤石18岩壁，小开口V形喷嘴呈正方形布设；

同时，预制好储水箱12、锥形射水管4、喇叭形打捞嘴3、残渣回流管5、残渣收集箱13；锥形射水管4底端设置的小开口喷嘴结构，储水箱12、锥形射水管4相互连通，残渣回流管5、残渣收集箱13相互连通；