一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法

1.本发明涉及水下基坑爆破技术领域。具体涉及一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法。


背景技术：

2.爆破作为一种被广泛应用于水下工程的开挖方式，其具有较好的开挖效果和经济性。但爆破过程中会产生巨大的冲击波危害从而破坏水下岩体的建基面，造成岩体损伤从而导致基岩的稳定性。在传统的爆破工艺中会预留出1～2m厚度的保护层，然后再通过小孔径爆破对保护层进行爆破开挖，最后再配合人工进行清撬，从而达到对爆破保护层的开挖，但此方法的效率较低、花费大，严重影响工期，且对孔底保留岩体的损伤难以控制；采用水平光面爆破与水平预裂爆破技术爆破开挖的成型效果与损伤控制效果较好，但水平孔钻眼困难，导致施工效率低、爆破面积较小，不能进行大面积的开挖。孔底采用柔性垫层的小梯段微差爆破，因垫层的材料与结构存在一定的缺陷，对冲击波的缓冲效果不佳，孔底基岩的损伤仍然较大，且爆破后的建基面凹凸不平，需要二次爆破或人工清撬，施工效率较低。而在深水环境下，由于水压等因素，开挖岩石相较于露天爆破时，更加难以产生裂纹与抛掷，从而需要加大炸药量，然后这样会加大对孔底基岩的损伤。采用复合消能结构能够较好的控制基岩的损伤效果，但柔性垫层的高度会对爆破效果造成较大影响，目前工程爆破中大多通过经验来确定柔性垫层的高度，造成爆破效果层次不齐；缓冲垫层的高度过高会导致炸药重心上移，不利于底部岩石的破坏；缓冲垫层的高度过低会导致底部岩石的损伤严重。怎样确定缓冲垫层的高度，实现降低对基岩的损伤，实现爆破开挖岩石的同时对基建面的保护，是目前急需解决的难题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法。
4.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
5.一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，包括以下步骤：
6.步骤1、确定缓冲垫层高度δ的优选范围为1/10～1/3h，h表示炮孔深度；
7.步骤2、设定n+1个缓冲垫层高度δ的待优选高度δ0、δ1、δ2、......、δi、......δn，i≤n，其中δi为第i待优选高度，δi＝0.1h+i
△
，
△
＝(δ
i-δ
i-1
)/n+1＝[(1/3～1/10)/n+1]h；
[0008]
步骤3、根据水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范，确定基岩的最小损伤因子；
[0009]
步骤4、采用有限元软件，分别令缓冲垫层高度为待优选高度δ0、δ1、δ2、......δn，建立炮孔、基岩、炸药、堵塞段和缓冲垫层的n+1个有限元模型；
[0010]
步骤5、根据上一步得到的有限元模型，进行模拟爆破，得到每个有限元模型中爆破达到最小损伤因子的时炮孔对应的损伤深度h0、h1、......、hn；
[0011]
步骤6、按下角标递增顺序排列h0、h1、......、hn，选择损伤深度hi趋于平稳时的最小缓冲层高度作为最终缓冲垫层高度。
[0012]
进一步，所述有限元软件为ansys有限元软件。
[0013]
进一步，所述n为1-4的自然数。
[0014]
进一步，所述炮孔位于基岩上，炮孔内设置有炸药，炸药下方设置有缓冲垫层，炮孔上方设置有堵塞段。
[0015]
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
[0016]
1、能够准确的确定水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度，准确指导现场施工，保证基岩的稳定安全。
[0017]
2、避免了因缓冲垫层高度过大导致底部基岩开挖困难、缓冲垫层高度过小导致消能效果不佳，不能较好的控制孔底基岩的损伤。
[0018]
因此，本发明既可以满足实际工程问题，在保护基岩的开挖的同时，符合爆破施工规范，避免二次施工，加快施工效率和实现效率最大化。
[0019]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
[0020]
图1为本发明的方法流程图；
[0021]
图2为炮孔、消能球、炸药和缓冲垫层的分布示意图。
[0022]
图中各部件代表的部件列表如下：
[0023]
1、为缓冲垫层；2、为消能球；3、起爆雷管；4、炸药段；5、堵塞段；6、水介质
具体实施方式
[0024]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0025]
如图1所示，使用时，缓冲垫层位于炮孔内底部，用于起到爆破缓冲作用，本发明的方法为一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，包括以下步骤：
[0026]
步骤1：
[0027]
1.1确定缓冲垫层高度δ的优选范围为1/3～1/10h，h表示炮孔超深，m；
[0028]
1.2确定缓冲垫层高度δ的待优选厚度为n+1个，n取4，与相邻的预留保护层最佳厚度δ的第i-1待优选厚度δ
i-1
的厚度差
△
＝δ
i-δ
i-1＝(1/3-1/10)/5h，缓冲垫层待优选高度依次为δ0、δ1、δ2、δ3、δ4，
[0029]
其中：
[0030]
δ0为缓冲垫层高度δ的初始待优选高度，δ0＝0.1h＝0.2m，
[0031]
δ1为缓冲垫层高度δ的第一待优选高度，δ1＝0.1h+δ＝0.3m，
[0032]
δ2为缓冲垫层高度δ的第二待优选高度，δ2＝0.1h+2δ＝0.4m，
[0033]
δ3为缓冲垫层高度δ的第三待优选高度，δ3＝0.1h+2δ＝0.5m，
[0034]
δ4为缓冲垫层高度δ的第四待优选高度，δ4＝0.1h+2δ＝0.6m；
[0035]
1.3根据水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范，确定基岩的允许损伤因子为0.19；
[0036]
步骤2：
[0037]
2.1采用ansys有限元软件，建立炮孔，基岩，炸药，堵塞，缓冲垫层的5个待优选厚度的有限元模型。
[0038]
2.2根据炮孔，基岩，炸药，堵塞，缓冲垫层的5个待优选厚度的有限元模型，可以得到：
[0039]
缓冲垫层的最佳厚度δ为初始待优选高度δ0时，基岩在爆破作用后达到最小损伤因子的损伤深度为1.74m；
[0040]
缓冲垫层的最佳厚度δ为第一待优选高度δ1时，基岩在爆破作用后达到最小损伤因子的损伤深度为1.66m；
[0041]
同理：
[0042]
当缓冲垫层的最佳高度δ为第二待优选高度δ2时、当缓冲垫层的最佳高度δ为第三待优选高度δ3时、当缓冲垫层的最佳厚度δ为第四待优选高度δ4时，基岩在爆破作用后达到最小损伤因子的损伤深度分别为1.33m、1.25m、1.23m；
[0043]
步骤3：
[0044]
根据步骤1.3和步骤2.2，将缓冲垫层最佳高度δ为n+1个待优选高度δ0、δ1、δ2、δ3、δ4时基岩在爆破作用后达到最小损伤因子的损伤深度逐一进行比较，满足下述条件的待优选高度δi为缓冲垫层的佳选高度：基岩在爆破作用下，损伤深度hi趋于平稳且高度最小，因此本实施例的缓冲垫层的最佳高度为0.5m。
[0045]
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定缓冲垫层高度δ的优选范围为1/10～1/3h，h表示炮孔深度；步骤2、设定n+1个缓冲垫层高度δ的待优选高度δ0、δ1、δ2、......、δ
i
、......δ
n
，i≤n，其中δ
i
为第i待优选高度，δ
i
＝0.1h+i
△
，
△
＝(δ
i-δ
i-1
)/n+1＝[(1/3～1/10)/n+1]h；步骤3、根据水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范，确定基岩的最小损伤因子；步骤4、采用有限元软件，分别令缓冲垫层高度为待优选高度δ0、δ1、δ2、......δ
n
，建立炮孔、基岩、炸药、堵塞段和缓冲垫层的n+1个有限元模型；步骤5、根据上一步得到的有限元模型，进行模拟爆破，得到每个有限元模型中爆破达到最小损伤因子的时炮孔对应的损伤深度h0、h1、......、h
n
；步骤6、按下角标递增顺序排列h0、h1、......、h
n
，选择损伤深度h
i
趋于平稳时的最小缓冲层高度作为最终缓冲垫层高度。2.根据权利要求1所述的水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，其特征在于，所述有限元软件为ansys有限元软件。3.根据权利要求1所述的水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，其特征在于，所述n为1-4的自然数。4.根据权利要求1所述的水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，其特征在于，所述炮孔位于基岩上，炮孔内设置有炸药，炸药下方设置有缓冲垫层，炮孔上方设置有堵塞段。

技术总结
本发明涉及一种水下基坑消聚能控制爆破缓冲垫层高度的确定方法，本发明在缓冲垫层的最佳高度δ的优选范围内设定n+1个缓冲垫层的待优选高度，采用ansys有限元软件，建立炮孔，基岩，炸药，堵塞，缓冲垫层的n+1个待优选高度的有限元模型，得到基岩在爆破作用下的损伤深度，然后将采用不同缓冲垫层高度后基岩的损伤深度进行对比，满足下述条件的待优选高度δ


技术研发人员：李勇海 贾永胜 牛草原 何理 陈德志 钟东望 梁超 孙金山 姚颖康 韩传伟 刘昌邦 李琳娜 毛龙 谢全民 万佳伟 王威 岑峰 彭波 余秀平 吴校全 施炎坤 吴军国 朱俊
受保护的技术使用者：江汉大学 武汉科技大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/16