本發明涉及爆破施工，尤其是涉及一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計方法及系統。

背景技術：

1、隧道工程是交通建設中的重要組成部分，而光面爆破作為隧道開挖的一種重要施工技術，具有減小對圍巖擾動、最大限度地發揮圍巖自承能力、有利于后續工序施工安全、有效控制超欠挖、節約初支施工成本等諸多優點。然而，在實際應用中，光面爆破的效果受到多種因素的影響，包括炮孔形式及爆破參數、裝藥結構、起爆網路及智能控制技術等，其中爆破參數的選擇對爆破效果具有直接影響。

2、在目前的隧道光面爆破中，爆破參數設計方法主要基于經驗公式和工程類比法，缺乏理論支持和定量計算。這導致在實際應用中，爆破效果往往難以達到預期，甚至可能出現超挖或欠挖的情況，增加了施工成本和工期。針對上述問題，目前已有一些使用數值模擬和機器學習算法等方法對提前設定的光面爆破參數進行優化，進而提高爆破效果。然而，提前設定的光面爆破參數數值常常與最佳的光面爆破參數數值存在較大差別，且在使用數值模擬或者機器學習算法對光面爆破參數進行優化時，每生成一組新的爆破參數都需要進行一次爆破試驗來驗證該組爆破參數下的爆破效果，這就大大增加了對光面爆破參數進行優化的計算量、耗時和成本，但如果能夠最初設計的爆破參數準確性較高則可以有效緩解這一問題。

3、因此，需要一種更加高效、準確的光面爆破參數設計方案，以提高爆破參數設計的準確性，進而提高爆破參數優化效率，保障隧道圍巖光面爆破的效果和安全性。

技術實現思路

1、針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計方法及系統。

2、為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計方法，所述方法包括如下步驟：確定隧道圍巖光面爆破的爆破參數，所述爆破參數包括炮孔間距、光爆層厚度、炮孔直徑、炮孔深度、不耦合系數和延遲時間；建立所述炮孔間距、所述光爆層厚度和所述不耦合系數之間的第一數學模型，同時建立所述炮孔間距與最大容許延遲時間之間的第二數學模型；構建參數優化設計模型，并使用所述參數優化設計模型獲取所述炮孔間距、所述光爆層厚度、所述炮孔直徑和所述炮孔深度的最佳參數數值；將所述炮孔間距和所述光爆層厚度的最佳參數數值帶入所述第一數學模型，進而計算出所述最佳不耦合系數；根據所述最佳參數數值、所述最佳不耦合系數和所述第二數學模型，獲取最佳延遲時間。本發明能夠提高光面爆破的爆破參數設計的效率和準確性，并有利于提高爆破參數優化效率，保障隧道圍巖光面爆破的效果和安全性。

3、可選地，所述建立所述炮孔間距、所述光爆層厚度和所述不耦合系數之間的第一數學模型，同時建立所述炮孔間距與最大容許延遲時間之間的第二數學模型包括如下步驟：

4、使用數值模擬軟件構建測試爆破對象的第一數值模型；

5、調整所述炮孔間距、所述光爆層厚度和所述不耦合系數，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬，進而構建第一數據集；

6、調整所述炮孔間距和所述最大容許延遲時間，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬，進而構建第二數據集；

7、根據所述第一數據集獲取所述第一數學模型，同時根據所述第二數據集獲取所述第二數學模型。

8、可選地，所述調整所述炮孔間距、所述光爆層厚度和所述不耦合系數，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬，進而構建第一數據集包括如下步驟：

9、調整所述炮孔間距、所述光爆層厚度和所述不耦合系數，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬；

10、在所述測試爆破對象上的兩個相鄰炮孔中間設定多個應力觀測點，并計算所有所述應力觀測點的第一平均應力；

11、若所述第一平均應力大于所述測試爆破對象的動態抗拉強度，則將其對應的炮孔間距、光爆層厚度和不耦合系數記為一組第一可用數據；

12、使用多組所述第一可用數據構建所述第一數據集。

13、可選地，所述調整所述炮孔間距和所述最大容許延遲時間，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬，進而構建第二數據集包括如下步驟：

14、調整所述炮孔間距和所述最大容許延遲時間，并對所述測試爆破對象進行爆破數值模擬，并計算所述應力觀測點的第二平均應力；

15、若所述第二平均應力大于所述測試爆破對象的動態抗拉強度，則將其對應的炮孔間距和最大容許延遲時間記為一組第二可用數據；

16、使用多組所述第二可用數據構建所述第二數據集。

17、可選地，所述第一數學模型滿足如下關系：

18、

19、其中，為所述炮孔間距，、、、和為第一組擬合系數，為所述光爆層厚度，為所述不耦合系數。

20、可選地，所述第二數學模型滿足如下關系：

21、

22、其中，為所述炮孔間距，a、b和c為第二組擬合系數，t為所述最大容許延遲時間，n為炮孔數量。

23、可選地，所述構建參數優化設計模型，并使用所述參數優化設計模型獲取所述炮孔間距、所述光爆層厚度、所述炮孔直徑和所述炮孔深度的最佳參數數值包括如下步驟：

24、采集歷史成功爆破案例的地質條件數據、爆破作業參數數據、所述炮孔間距、所述光爆層厚度、所述炮孔直徑和所述炮孔深度，進而構建模型訓練驗證集；

25、以所述地質條件數據和所述爆破作業參數數據為輸入，使用所述模型訓練驗證集和bp神經網絡構建參數優化設計模型；

26、將爆破目標的所述地質條件數據和所述爆破作業參數數據輸入所述參數優化設計模型，得到所述炮孔間距、所述光爆層厚度、所述炮孔直徑和所述炮孔深度的最佳參數數值。

27、可選地，所述根據所述最佳參數數值、所述最佳不耦合系數和所述第二數學模型，獲取最佳延遲時間包括如下步驟：

28、根據所述最佳參數數值和所述最佳不耦合系數，采用爆破延時設定方案確定第一爆破延時預設最佳值；

29、將所述炮孔間距的最佳參數數值帶入所述第二數學模型，計算所述最大容許延遲時間并作為第二爆破延時預設最佳值；

30、若所述第一爆破延時預設最佳值不小于所述第二爆破延時預設最佳值，則將所述第二爆破延時預設最佳值作為所述最佳延遲時間；

31、若所述第一爆破延時預設最佳值小于所述第二爆破延時預設最佳值，則將二者的平均值作為所述最佳延遲時間。

32、可選地，所述根據所述最佳參數數值和所述最佳不耦合系數，采用爆破延時設定方案確定第一爆破延時預設最佳值包括如下步驟：

33、使用數值模擬軟件構建所述爆破目標的第二數值模型，所述第二數值模型上包含有根據所述最佳參數數值設定的多個炮孔以及一個振動監測點位；

34、對所述第二數值模型上任意一個炮孔進行單孔爆破數值模擬試驗，并在所述振動監測點位監測試驗的振動波形；

35、對所述振動波形進行擬合獲取擬合函數，并采用小波變換在所述擬合函數上截取單孔爆破振動波形，進而確定爆破作用時長；

36、在所述爆破作用時長內設置多個爆破延遲時間，針對任意一個所述爆破延遲時間，根據所述單孔爆破振動波形獲取一個所述爆破作用時長內的多孔振動疊加波形；

37、根據所述多孔振動疊加波形確定相應爆破延遲時間下的最大振動速度，并將數值最小的所述最大振動速度對應的爆破延遲時間作為所述第一爆破延時預設最佳值。

38、第二方面，本發明還提供了一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計系統，所述的一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計系統包括：數據采集設備、數據輸出設備、處理器和儲存器，所述儲存器包括一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質中存儲有計算機程序，所述計算機程序包括程序指令，所述程序指令當被所述處理器執行時使所述處理器實現本發明提供的一種隧道圍巖光面爆破的爆破參數優化設計方法。

39、綜上所述，本發明至少具有以下有益效果：

40、1、本方法首先通過構建參數優化設計模型對炮孔間距、光爆層厚度、炮孔直徑和所述炮孔深度進行設計，然后基于數值模擬結果構建了第一數學模型和第二數學模型，進而結合參數優化設計模型的設計結果對不耦合系數和延遲時間進行優化設計，使得各個爆破參數之間相互適配，減少了對爆破參數進行設計的計算、耗時和成本，提升了對爆破參數進行設計的準確性和效率。

41、2、由于本方法優化設計的爆破參數具有較高的準確性，因此為爆破參數的進一步優化提供了良好的開端，將本發明優化設計的爆破參數作為初始的爆破參數有利于減少進一步優化爆破參數所需的爆破試驗次數，進而提高爆破參數優化效率，保障隧道圍巖光面爆破的效果和安全性。

42、3、本發明提供的系統不僅具有本發明提供的方法的優點，還能夠提高爆破參數的設計效率以及本方法的實用性。