[01138215]爆破振动多指标联动防控与绿色高效施工关键技术

新世纪以来,贵州省掀起了基础设施建设的高潮。高速公路铁路、水利水电、工业园区等工程大力推进。贵州是全国唯一无平原省份,喀斯特地质广泛分布,工程设施建设都需开山凿洞,采用成本低、效率高、作业简便的爆破施工技术。2017 年,贵州省工业炸药使用量 38 万吨,破岩工程量 10 亿方,居全国首位。贵州省山多地少人密,大批建设工程临近城镇居民区、已有建（构）筑物,需要对爆破灾害进行重点控制,特别是对爆破振动灾害进行有效控制。爆破振动降低岩石节理强度,造成岩石破裂或者块体失稳,影响边坡稳定;改变结构力学特性,导致建（构）筑物损毁;临近居民区的爆破工程,时常引起纠纷堵工事件, 影响施工进度。采取合理有效措施对爆破振动灾害进行预防和控制,是确保工程安全高效竣工,加快贵州省基础设施建设与工业强省的迫切需要。 爆破地震波具有瞬时性和高度复杂性,在爆源到保护目标之间的岩土介质中传播是一个复杂力学过程,受起爆药量、起爆方法、传播途径以及地形地质条件的影响,导致爆破振动灾害无法用理论计算方法准确计算。传统依靠降低起爆药量控制爆破振动的方法往往增加施工成本、制约爆破效果、影响施工工期。要确保爆破工程的安全高效实施,就必须解决爆破振动灾害防控技术的五大技术难题：（1）缺乏有效的爆破振动灾害信号分析方法,不能准确分析爆破振动信号的时频能量特征规律;（2）爆破振动致灾机理不完善,相关参数的设计缺乏依据;（3）评判指标不全面,单一指标不能作出科学评判;（4）传统预测方法不准确,贵州省为多山地区,需考虑高程落差对振动预测的影响;（5）精准降振技术与施工艺缺乏标准化作业流程,难以指导实际施工。 为此,贵州大学充分发挥高校科研优势,联合保利新联爆破工程集团有限公司、贵州省公路工程集团有限公司、北京建工土木工程有限公司、中铁（贵州）市政工程有限公司、江西理工大学组建研发团队,构建科学研究、人才培养与成果转化为一体的“产学研”平台, 结合国家自然科学基金、贵州省重大专项、贵州省优秀青年人才培养计划等项目,依托“贵州省爆破工程技术研究中心”,经过十年科技攻关,取得了“爆破振动灾害时频能量分析与预测控制技术”的重大技术突破,整体成果达到国际先进水平,主要创新成果如下： （1）研发了爆破振动灾害的多指标联动防控技术 针对爆破振动灾害安全评判和控制指标单一的问题,建立了建（构）筑物爆破振动致灾机理模型,提出了最大瞬时输入能量等效速度（EVE）的多指标安全判据;提出了特定频段 短延时精准压制的多指标联动降振技术;发明了轴向递进式二次高效爆破等爆破装置与技术, 实现了爆破振动灾害的多指标联动防控。 （2）研发了爆破振动灾害主动防控的综合减振技术 针对传统方法难以准确分析爆破振动灾害时频能量特征、参数设计主要依靠经验的问题, 提出了爆破振动瞬时能量和初始能量的爆破振动特征分析技术;研发了能量均衡控制、能量 耗散屏蔽等爆破振动灾害的主动控制技术,发明了真空间隔装药等主动卸压的装药结构、装 置装置与制备技术,优化了爆源参数设计,实现了爆破振动灾害的主动控制。 （3）研发了爆破振动灾害精准控制的成套施工技术 针对施工现场工艺不完善、品控水平不高等问题,发明了高效实用的现场辅助装药装置与施工技术;研发了复杂环境隧道开挖振动防控的绿色绿色高效施工工法技术;开发了爆破参数智能设计与安全高效爆破的软件系统,形成了爆破振动灾害精准控制的成套施工技术。 项目开展以来,获授权发明专利12件,软件著作权4件,实用新型专利17件;主编贵州省地方标准1项,省级工法3项;出版著作2部,发明论文55篇（SCI、EI收录22篇）;系列研究成果在贵阳地铁二号线、贵阳中环路、盘兴高速、贵阳龙洞堡机场等工程石方开挖中得到了成功应用,有效预防和控制了爆破振动的灾害效应,保证了工程安全、工期与质量、提高了施工效率、降低了工程成本。应用该成果以来,累计新增产值38.12亿元,新增利税4.12亿元,其中近2年新增产值29.53亿元,新增利税2.89亿元,直接经济效益显著。权威专家评价“成果达到国际先进水平”。