本發(fā)明涉及橋梁工程鄰近爆破施工，特別是一種基于爆心距動(dòng)態(tài)分區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破藥量控制優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、在橋梁工程建設(shè)過(guò)程中，鄰近區(qū)域的爆破作業(yè)極為常見(jiàn)。傳統(tǒng)爆破施工所采用的固定距離分區(qū)藥量控制方式存在如下幾個(gè)方面的弊端，有待進(jìn)行改進(jìn)。

2、1、未充分考慮不同爆心距下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的非線性衰減特性，傳統(tǒng)方法通常以固定距離(如50m、100m)劃分區(qū)域，但未考慮不同地質(zhì)條件下振動(dòng)衰減規(guī)律的差異，導(dǎo)致同一距離下不同區(qū)域的實(shí)際振動(dòng)影響可能遠(yuǎn)超預(yù)期，在實(shí)際操作中，可能出現(xiàn)藥量控制過(guò)度保守的情況，導(dǎo)致爆破效率低下，增加施工成本和時(shí)間；或者藥量控制不足，使得爆破振動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大影響，威脅橋梁安全穩(wěn)定。

3、2、臺(tái)階爆破高度與藥量匹配性差，未將橋梁下部結(jié)構(gòu)(如樁基、承臺(tái))的材料強(qiáng)度與藥量控制關(guān)聯(lián)，可能導(dǎo)致局部應(yīng)力集中引發(fā)結(jié)構(gòu)損傷，影響工程質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)降低施工效率。

4、3、傳統(tǒng)方法缺乏基于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度特性的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，無(wú)法根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際情況，如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋配置等，靈活調(diào)整藥量，難以滿足現(xiàn)代工程建設(shè)對(duì)精細(xì)化施工的要求；同時(shí)傳統(tǒng)方法無(wú)法通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整藥量，依賴經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，難以應(yīng)對(duì)突發(fā)地質(zhì)變化或施工偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于爆心距動(dòng)態(tài)分區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破藥量控制優(yōu)化方法，該基于爆心距動(dòng)態(tài)分區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破藥量控制優(yōu)化方法通過(guò)精準(zhǔn)的爆破分區(qū)、科學(xué)的藥量動(dòng)態(tài)調(diào)整模型、合理的臺(tái)階高度-藥量匹配規(guī)則以及有效的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)爆破施工過(guò)程中對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的全方位保護(hù)，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)提高爆破施工效率，降低施工成本，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，為類(lèi)似工程提供可靠的技術(shù)支持和解決方案。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于爆心距動(dòng)態(tài)分區(qū)的橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破藥量控制優(yōu)化方法，包括如下步驟。

4、步驟1、構(gòu)建橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破模型：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用有限元分析軟件，構(gòu)建橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破模型。

5、步驟2、確定薩道夫斯基公式：薩道夫斯基公式包括兩個(gè)未知的爆破系數(shù)k和地震波衰減指數(shù)α；針對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)鄰近爆破模型，在不同地質(zhì)條件和不同爆破臺(tái)階高度下，分別進(jìn)行不同爆心距r的爆破模擬，并對(duì)每次爆破均進(jìn)行橋梁下部結(jié)構(gòu)最大振速v的監(jiān)測(cè)；根據(jù)爆破模擬數(shù)據(jù)，對(duì)薩道夫斯基公式進(jìn)行擬合，從而得到每種爆破工況下的k和α。

6、步驟3、爆破分區(qū)：以橋梁為測(cè)點(diǎn)，按照爆心距由小到大的順序，將爆破區(qū)劃分為液壓破碎區(qū)、內(nèi)深孔臺(tái)階爆破區(qū)和外深孔臺(tái)階爆破區(qū)；其中，內(nèi)深孔臺(tái)階爆破區(qū)采用nm深孔臺(tái)階爆破，外深孔臺(tái)階爆破區(qū)采用mm深孔臺(tái)階爆破，且n＜m；深孔臺(tái)階爆破中的初始單段最大炸藥量q，根據(jù)步驟2確定的薩道夫斯基公式及橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)定振速值計(jì)算得到。

7、步驟4、爆破：在每個(gè)爆破分區(qū)，按照設(shè)定的爆破方式進(jìn)行爆破；其中，在深孔臺(tái)階爆破過(guò)程中，對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的最大振速v和爆破后的巖石破碎效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

8、步驟5、根據(jù)橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)定振速閾值v0、爆破監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和施工進(jìn)度，對(duì)單段最大炸藥量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

9、步驟5中，藥量動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法，包括：

10、a、當(dāng)v≥v0時(shí)，減小單段最大炸藥量q；其中，v0為橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)定振速閾值。

11、b、當(dāng)v＜v0且?guī)r石破碎效果不達(dá)標(biāo)時(shí)，增大單段最大炸藥量q。

12、c、當(dāng)v＜v0且?guī)r石破碎效果達(dá)標(biāo)時(shí)，根據(jù)施工進(jìn)度要求，選擇性增大單段最大炸藥量q。

13、隨后，將動(dòng)態(tài)調(diào)整后的單段最大炸藥量q，代入步驟2確定的薩道夫斯基公式中，計(jì)算得到橋梁下部結(jié)構(gòu)的最大振速v'，且v'＜v0。

14、步驟3中，爆破分區(qū)的爆心距范圍為：

15、液壓破碎區(qū)的爆心距r＜r1。

16、內(nèi)深孔臺(tái)階爆破區(qū)的爆心距r1≤r≤r2。

17、外深孔臺(tái)階爆破區(qū)的爆心距r＞r2。

18、r1、r2和r3，以及n和m，均基于最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則的主橋下部結(jié)構(gòu)安全性判別得到。

19、步驟3中，基于最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則的爆破分區(qū)方法，包括如下步驟：

20、步驟3-1、根據(jù)步驟2確定的薩道夫斯基公式，構(gòu)建c種爆破臺(tái)階高度下的σ-v曲線；其中，σ為爆心距a對(duì)應(yīng)的橋梁下部結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力，v為爆心距a對(duì)應(yīng)的橋梁下部結(jié)構(gòu)最大振速。

21、步驟3-2、采用建立的σ-v曲線，計(jì)算每種爆破臺(tái)階高度下每個(gè)爆心距對(duì)應(yīng)的橋梁下部結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力σ。

22、步驟3-3、構(gòu)建σ-r曲線：以爆心距r為橫坐標(biāo)，最大拉應(yīng)力σ為縱坐標(biāo)，構(gòu)建包含c種爆破臺(tái)階高度的不同爆心距的σ-r曲線；其中，每個(gè)爆心距均具有一組c個(gè)最大拉應(yīng)力σ值。

23、步驟3-4、在構(gòu)建的σ-r曲線中，添加σ＝σ0；其中，σ0為橋梁下部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)型號(hào)混凝土的抗拉強(qiáng)度。

24、步驟3-5、將c個(gè)最大拉應(yīng)力σ值第一次被σ＝σ0上下分開(kāi)的最小爆心距記為r1，且將爆心距r1處位于σ＝σ0下方且最大的最大拉應(yīng)力σ所對(duì)應(yīng)的爆破臺(tái)階高度記為n；將c個(gè)最大拉應(yīng)力σ值第一次全部位于σ＝σ0下方的最小爆心距記為r2，且將爆心距r2處位于σ＝σ0下方且最大的最大拉應(yīng)力σ所對(duì)應(yīng)的爆破臺(tái)階高度記為m。

25、步驟3-1中，σ-v曲線的構(gòu)建方法，具體為：

26、a、選擇c種不同爆破臺(tái)階高度，在每種爆破臺(tái)階高度下，均選擇若干個(gè)距離不等的爆心距a，將每個(gè)爆心距a所在的爆心距r和對(duì)應(yīng)段最大炸藥量q，代入步驟2確定的薩道夫斯基公式中，得到每種爆破臺(tái)階高度下每個(gè)爆心距a的最大振速v。

27、b、構(gòu)建σ-v曲線方程σ＝av+b，其中，a和b為最大拉應(yīng)力擬合系數(shù)。

28、c、在步驟2中，對(duì)每種爆破臺(tái)階高度下每個(gè)爆心距a進(jìn)行爆破模擬時(shí)，同時(shí)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并獲取最大拉應(yīng)力σ。

29、d、將c種爆破工況下每個(gè)爆心距a的最大振速v和最大拉應(yīng)力σ，均代入構(gòu)建的曲線方程σ＝av+b中，從而得到每種爆破臺(tái)階高度下具有確定a和b的σ-v曲線。

30、步驟3-1中，c種爆破臺(tái)階高度從小到大分別為6m、8m和9m；在每種爆破臺(tái)階高度下，均選擇5個(gè)距離不等的爆心距a，分別為30m、40m、50m、60m和70m。

31、步驟3-5中，r1＝40m，r2＝50m，n＝8m，m＝9m，因而爆破分區(qū)為：

32、液壓破碎區(qū)為r＜40m。

33、內(nèi)深孔臺(tái)階爆破區(qū)的爆心距40m≤r≤50m，8m深孔臺(tái)階爆破。

34、外深孔臺(tái)階爆破區(qū)的爆心距r＞50m，9m深孔臺(tái)階爆破。

35、振速閾值v0＝8m/s。

36、橋梁下部結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力σ位于承臺(tái)和樁基結(jié)合處；橋梁下部結(jié)構(gòu)的最大振速位于樁基底部。

37、還包括步驟6，更新k和α：當(dāng)爆破分區(qū)中的巖體形狀發(fā)生改變時(shí)，在爆破前，需重復(fù)步驟2至步驟3，對(duì)k和α進(jìn)行更新，并重新調(diào)整爆破分區(qū)。

38、本發(fā)明具有如下有益效果：

39、(1)本發(fā)明精細(xì)化建模技術(shù)用于精準(zhǔn)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，結(jié)合地質(zhì)、橋梁結(jié)構(gòu)和爆破工況，確定振動(dòng)速度衰減參數(shù)k和α，可以準(zhǔn)確掌握爆破振動(dòng)在特定地質(zhì)和橋梁結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律，為爆破分區(qū)和藥量控制提供科學(xué)依據(jù)，顯著提升爆破參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，適應(yīng)復(fù)雜工程環(huán)境，為橋梁安全提供核心技術(shù)。

40、(2)本發(fā)明動(dòng)態(tài)分區(qū)與智能藥量調(diào)控體系：基于爆心距的動(dòng)態(tài)分區(qū)策略和智能藥量調(diào)控方法，顯著改進(jìn)傳統(tǒng)爆破，合理的爆破分區(qū)減少了高強(qiáng)度爆破對(duì)橋梁的破壞風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)橋梁與爆源距離，劃分作業(yè)區(qū)域并制定差異化爆破參數(shù)，精準(zhǔn)控制爆破影響，對(duì)不同爆破分區(qū)采取不同施工方式和爆破參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)的分級(jí)保護(hù)，確保了橋梁的安全穩(wěn)定。施工中，結(jié)合巖石性質(zhì)、臺(tái)階高度和允許振速進(jìn)行計(jì)算和動(dòng)態(tài)調(diào)整藥量，平衡了安全與效率。

41、(3)閉環(huán)反饋式安全保障機(jī)制通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)爆破施工的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在橋梁關(guān)鍵部位布設(shè)傳感器，實(shí)時(shí)采集并分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，立即觸發(fā)調(diào)整措施。這種機(jī)制快速響應(yīng)施工變化，有效預(yù)防事故，提升了施工安全性和可靠性，為橋梁爆破施工安全管理提供了新思路。本方法具有廣泛適用性，可應(yīng)用于各類(lèi)橋梁鄰近區(qū)域的爆破施工項(xiàng)目，為行業(yè)提供了一種高效、安全的爆破施工技術(shù)方案，推動(dòng)了橋梁工程鄰近爆破施工技術(shù)的發(fā)展，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。