本文以盾构法修建地铁过程中出现的孤石和突出岩石为研究对象,利用正交对比试验和大型数值仿真计算软件,对射孔弹与射孔枪的结构参数、弹间距及枪间距进行了优化设计,模拟了射孔弹爆炸侵彻岩石介质及其聚能射流下的毁伤效果,找到了射孔弹的最优设计配置参数。研究成果对盾构法地铁隧道施工过程中出现的突石、孤石的处理具有理论价值和指导意义。主要研究工作及成果如下:(1)在对所采用的炸药、金属药型罩、微风化及中风化的花岗岩石等模型及材料参数进行研究的基础上,建立了射孔弹与岩石相互作用的有限元计算模型。针对射孔弹成型聚能射流的三段式(药型罩压垮变形阶段、射流稳定成型阶段以及射流拉伸断裂阶段)典型特征的研究分析,获得了射流成型过程中不同阶段岩石毁伤的规律特征。(2)基于正交优化设计得到对岩石最大侵彻深度的射孔弹基本结构参数为:药型罩罩顶角90°、装药口径58mm(装药质量为225.76g)、药型罩壁厚1mm,炸高设置为10cm;对岩石最多裂纹数量的射孔弹结构参数为:药型罩罩顶角90°、装药口径58mm(装药质量为225.76g)、药型罩壁厚2mm,炸高设置为2cm。(3)岩石的风化程度对射孔弹毁伤岩石的效果影响较为明显,相比于微风化的花岗岩石,中风化状态的花岗岩石受到射孔弹的高速冲击作用后破碎程度较为严重,穿孔深度也显著提高。多射孔弹同步对岩石进行毁伤,岩石所受的冲击波强度出现突越、波动变化、持续时间增长等一系列特点。射孔弹装药起爆后产生的爆轰场以及各射孔弹起爆后形成射流对岩石侵彻的耦合效应增大了多射孔弹起爆后对岩石的毁伤作用。当炸高小于3cm时,射孔弹爆炸后产生的聚能射流与爆轰场耦合作用于岩石产生大量裂纹可满足基本的工程需求;当炸高超过3cm时,射流的最大侵彻深度继续增加然而此时炸药爆炸产生的爆炸场对岩石的毁伤效应大大降低了从而导致裂纹数量急剧减小。考虑到实际工程的需求,建议炸高设置不要超过3cm。(4)装备能够获得较多裂纹射孔弹的射孔枪,在现场施工布设过程中两弹架之间的距离不宜超过80cm。反之,射孔弹起爆后难以在岩石内部产生贯穿性裂纹(整体性破坏)。装备能够获得较高穿深孔弹的射孔枪,在现场施工布设过程中两弹架之间的距离不宜超过60cm。当两弹架之间的距离在60cm以内时,可以对两弹架之间的岩石产生整体性破坏。