基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法及装置与流程

1.本发明涉及疏浚施工技术领域，特别是涉及一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法及装置。


背景技术：

2.疏浚工程，是指采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘，为拓宽和加深水域而进行的土石方工程。目前，国内外港口河道的疏浚工程中，对水下岩石开挖采用的方式，软岩一般使用绞吸船或是反铲挖泥船进行施工，硬岩采用水下爆破或是破碎锤施工方式。液压破碎锤液的动力来源是挖掘机、装载机或泵站提供的压力，能在工程施工中能更有效的破碎石块和岩石，提高工作效率。破碎锤施工由于其施工简便，在水下硬岩施工中往往有较多的应用。
3.然而，水下硬岩破碎锤施工，在施工参数的确定仍缺少统一规范的方法。而开挖面破碎结果的检验十分复杂，施工参数的不确定导致水下硬岩破碎锤施工不适合大规模推广使用，无法满足实际大规模疏浚施工的需求。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对施工参数的不确定导致水下硬岩破碎锤施工不适合大规模推广使用，无法满足实际大规模疏浚施工的需求这一不足，提供一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法及装置。
5.一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法，包括步骤：
6.获取施工区域的地形条件信息以及施工区域的岩体声波参数；
7.根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别；
8.根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性；
9.根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。
10.上述的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
11.在其中一个实施例中，获取施工区域的地形条件信息的过程，包括步骤：
12.通过确定施工区域内各定位点的开挖水深，获得地形条件信息。
13.在其中一个实施例中，获取施工区域的岩体声波参数的过程，包括步骤：
14.获取施工区域内的岩石样本，并通过对岩石样本进行声波测试，获得岩体声波参
数。
15.在其中一个实施例中，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别的过程，包括步骤：
16.将岩体声波参数转换为岩体力学参数，并根据岩体力学参数确定施工区域的岩体级别；其中，岩体力学参数包括单轴抗压强度，岩体声波参数包括岩体纵波波速。
17.在其中一个实施例中，根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性的过程，包括步骤：
18.根据数值仿真模拟不同能量下液压破碎锤对各岩体级别的破坏特性，获得岩体破坏特性。
19.在其中一个实施例中，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数的过程，包括步骤：
20.根据地形条件信息获得施工区域的临空面，并确定临空面施工条件；
21.在各临空面施工条件下，根据正交实验进行模拟仿真，确定液压破碎锤的施工开挖参数。
22.在其中一个实施例中，施工开挖参数包括液压破碎锤的破碎能量、破碎间距或锤击次数。
23.一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置，包括：
24.预设参数获取模块，用于获取施工区域的地形条件信息以及施工区域的岩体声波参数；
25.岩体级别确定模块，用于根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别；
26.破坏特性计算模块，用于根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性；
27.开挖参数仿真模块，用于根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。
28.上述的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
29.一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现上述任一实施例的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。
30.上述的计算机存储介质，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
31.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一实施例的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。
32.上述的计算机设备，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
附图说明
33.图1为液压破碎锤水下施工示意图；
34.图2为一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法流程图；
35.图3为另一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法流程图；
36.图4为一实施方式的平缓地形临空面开挖示意图；
37.图5为一实施方式的陡峭地形临空面开挖示意图；
38.图6为凿击点布置方式及凿击顺序示意图；
39.图7为一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置模块结构图；
40.图8为一实施方式的计算机内部构造示意图。
41.附图标记说明：
42.1.液压破碎锤，2.开挖船，3.覆盖层，4.水下硬岩，5.开挖平面，6.初始凿击点，7.起伏地形表面，8.起伏地形高度，9.开挖方向，10.施工凿击点。
具体实施方式
43.为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
44.图1为液压破碎锤水下施工示意图，如图1所示，开挖船2上的液压破碎锤2主要是通过高速撞击钎杆，由钎杆破碎覆盖层3下的水下硬岩4。在疏浚施工区域中，若不了解施工区域的水下地形、地质结构，使用液压破碎锤容易导致不利影响。因此，不具备使用液压破碎锤进行实地测试的条件，在不同场景的疏浚施工区域下，使用液压破碎锤存在较多不便。基于此，本发明实施例提供了一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。
45.图2为一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法流程图，如图2所示，一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法包括步骤s100至步骤s103：
46.s100，获取施工区域的地形条件信息以及施工区域的岩体声波参数；
47.如图1所示，液压破碎锤1在水面设备例如开挖船2上开展作业，作业区域范围为施工区域。施工区域包括一定的水面平面范围，水面平面范围以下的水下硬岩4被覆盖层3覆盖，形成特定的水下地形。
48.在其中一个实施例中，地形条件信息包括定位点的定位信息和定位点的水深。其中，施工区域内包括多个定位点。
49.基于此，在其中一个实施例中，图3为另一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法流程图，如图3所示，步骤s100中获取施工区域的地形条件信息的过程，包括步骤s200：
50.s200，通过确定施工区域内各定位点的开挖水深，获得地形条件信息。
51.作为一个较优的实施方式，通过rtk(real
‑
timekinematic，实时动态)定位技术和gnss(globalnavigationsatellitesystem全球导航卫星系统)定位技术确定定位点的定位信息。其中，对应的系统可设置在开挖船2或其它航行设备如遥控船等上，通过开挖船2确定定位点。
52.作为一个较优的实施方式，通过单波束回声探测或多波束探测方法测量定位点的水深。其中，通过在开挖船2或其它航行设备上搭载探测仪器进行水深测量。
53.其中，施工区域的岩体声波参数包括施工区域内各位置的水下硬岩4的岩体声波参数。如，在确定定位点后，定位点下的水下硬岩4的岩体声波参数。基于此，需要获取施工区域内各位置的水下硬岩4样本。
54.在其中一个实施例中，如图3所示，步骤s100中获取施工区域的地形条件信息的过程，包括步骤s201：
55.s201，获取施工区域内的岩石样本，并通过对岩石样本进行声波测试，获得岩体声波参数。
56.施工区域内的岩石样本包括钻探设备在施工区域获取水下硬岩4的岩石样本或施工区域的普通岩石的岩石样本。作为一个较优的实施方式，通过对水下硬岩4或普通岩石进行钻孔、切削或打磨操作等在内的加工处理，获得用于进行声波测试的岩石样本。
57.作为一个较优的实施方式，施工区域的岩石样本包括施工区域内定位点的水下硬岩4的岩石样本，并建立定位点定位信息与岩石样本的映射关系。
58.在其中一个实施例中，岩体声波参数包括岩体纵波波速。
59.可通过超声波测试仪确定岩石样本的岩体声波参数。具体的，在试样两端夹紧声波测试探头，待岩石样本完全饱水后，对岩石样本进行超声波纵波测试，每块岩石样本测试n次，每次调整测试位置，剔除异常数据，取测试数据平均值作为岩石样本的岩体纵波波速。其中，n包括3到10。作为一个较优的实施方式，n为5。
60.s101，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别；
61.其中，岩体声波参数用于岩石样本的相应物理特性，可根据选取特定的物理特性进行分级，建立岩体级别。在其中一个实施例中，物理特性包括力学特性。基于此，如图3所示，步骤s101中将根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别的过程，包括步骤s300：
62.s300，将岩体声波参数转换为岩体力学参数，并根据岩体力学参数确定施工区域的岩体级别；其中，岩体力学参数包括单轴抗压强度，岩体声波参数包括岩体纵波波速。
63.需要注意的是，岩体力学参数还可选用除单轴抗压强度外的其它力学参数，通过力学参数进行岩体级别区分。
64.在其中一个实施例中，依据岩石样本的纵波声波速度v
p
得到岩石样本的单轴抗压强度σ
c
，通过观察现场岩石资料，确定岩体完整性指数k
v
，最终确定岩体基本质量指标bq值，
综合对现场岩石进行岩体分级。作为一个较优的实施方式，岩体级别分为ⅰ～
ⅴ
类岩石。岩石单轴抗压强度σ
c
(mpa)与岩石p波波速v
p
(km/s)之间的关系可通过下式计算：
[0065][0066]
其中，岩体完整性指数k
v
与岩体完整程度的对应关系可通过下表1确定：
[0067]
表1 k
v
与岩体完整程度的对应关系
[0068]
k
v
>0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15≤0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎
[0069]
岩体基本质量指标bq值的计算根据分级因素的定量指标σ
c
(mpa)和k
v
，按下式计算：
[0070]
bq＝100 3σ
c
250k
v
[0071]
为了更好地解释本实施例的岩体级别区分，下表2的具体应用例出了几组典型现场试样的分级分析，依据岩体力学参数，对岩石样本进行分级。
[0072]
表2施工区域中岩石样本分级
[0073][0074][0075]
s102，根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性；
[0076]
在确定岩石样本的岩体级别后，确定各岩体级别下岩石样本的岩体破坏特性，构成施工区域的岩体破坏特性。
[0077]
在其中一个实施例中，如图3所示，步骤s102中根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性的过程，包括步骤s400：
[0078]
s400，根据数值仿真模拟不同能量下液压破碎锤对各岩体级别的破坏特性，获得岩体破坏特性。
[0079]
在其中一个实施例中，数值仿真模拟对应数值仿真软件可选用ls
‑
dyna、autodyn等动力计算软件。通过数值仿真模拟液压破碎锤施工特点，模拟不同岩体级别在液压破碎锤不同能量下岩体破坏特性。
[0080]
s103，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。
[0081]
根据地形条件信息和岩体破坏特性进行模拟，确定在施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数，以指示液压破碎锤进行有效的施工。其中，施工开挖参数与地形条件信息建立映射，用于具体指示施工区域内各位置的地形条件信息施工。
[0082]
在其中一个实施例中，如图3所示，步骤s103中根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数的过程，包括步骤s500和步骤s501：
[0083]
s500，根据地形条件信息获得施工区域的临空面，并确定临空面施工条件；
[0084]
s501，在各临空面施工条件下，根据正交实验进行模拟仿真，确定液压破碎锤的施工开挖参数。
[0085]
其中，根据地形条件信息，施工区域的临空面包括平缓地形临空面和陡峭地形临空面。作为一个较优的实施方式，根据地形条件信息选取临空面数量较多的地形方案进行模拟仿真。
[0086]
在其中一个实施例中，施工开挖参数包括液压破碎锤的破碎能量、破碎间距或锤击次数。
[0087]
图4为一实施方式的平缓地形临空面开挖示意图，如图4所示，起伏地形较为平缓，最大起伏高度小于1m时，通过液压破碎锤便可将地形破碎开挖至开挖平面，此时临空面开槽选择在地形起伏低洼处作业，通过控制锤击次数保证开挖面一次成型。
[0088]
图5为一实施方式的陡峭地形临空面开挖示意图，如图5所示，部分起伏地形相对陡峭，最大起伏高度大于1m，此时应将起伏地形分层开挖，凿击点选择在起伏最高处，在最高处临空面开槽后，选择合适的开挖层厚，将起伏地形缓慢开挖至开挖平面。现场施工中，应根据地形情况灵活运用两种开挖方式。
[0089]
基于确定的临空面施工条件，通过正交试验，测试在不同级别岩石样本上，不同液压破碎锤在不同破碎能量和不同破碎间距条件下岩石样本的岩体破坏特性，保证破碎锤在合适的锤击次数下，能够破碎周围岩体，确定施工参数。液压破碎锤根据水深和岩石特性可以选用s
‑
30～s
‑
2300不同型号破碎锤，不同型号破碎锤最大锤击能量不同，岩石越坚硬完整，应选择最大破碎能量越大的破碎锤。临空面确定后，应确定合适的凿击点布置方式，使每次锤击有更多的临空面，凿击点布置方式如图6的凿击点布置方式及凿击顺序示意图所示，在上一步中开挖处临空，按照排排开挖的顺序进行凿击点布置。
[0090]
其中，凿击点间排距的确定应按如下规则进行：根据模拟仿真的破坏范围计算结果，应保证凿击点的最大间距应小于单个液压破碎锤的破坏范围，保证凿击点之间水下硬岩破碎。
[0091]
每次开挖深度的确定，应根据破碎锤的施工特性，确定为1.0～1.2m为宜。锤击次数的确定，通过数值仿真计算锤击到锤击深度距离的次数，确定锤击深度，在现场施工中，应保证在不同锤击次数下，施工开挖到同一水平开挖平面。锤击次数不宜超过m次，若计算表明需要超过m次的锤击次数，应选用更大破碎能量的液压破碎锤。其中，m包括5至15。作为一个较优的实施方式，m为10。
[0092]
上述任一实施例的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
[0093]
本发明实施例还提供了一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置。
[0094]
图7为一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置模块结构图，如图7所
示，一实施方式的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置包括模块100、模块101、模块102和模块103：
[0095]
预设参数获取模块100，用于获取施工区域的地形条件信息以及施工区域的岩体声波参数；
[0096]
岩体级别确定模块101，用于根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别；
[0097]
破坏特性计算模块102，用于根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性；
[0098]
开挖参数仿真模块103，用于根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。
[0099]
上述的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖装置，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
[0100]
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一实施例的基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。
[0101]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0102]
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、终端、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ram、rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0103]
与上述的计算机存储介质对应的是，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行程序时实现如上述各实施例中的任意一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。
[0104]
该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理
器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于液压破碎锤的水下硬岩开挖方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0105]
上述计算机设备，在获取到施工区域的地形条件信息和岩体声波参数后，根据岩体声波参数确定施工区域的岩体级别，并根据岩体级别确定施工区域的岩体破坏特性。最后，根据地形条件信息和岩体破坏特性，确定用于指示对施工区域进行开挖的液压破碎锤的施工开挖参数。基于此，通过对施工区域进行预先的计算处理，获得的施工开挖参数可用于指示液压破碎锤在施工区域的开挖方式，在保证施工质量的同时有效地提高施工效率并降低施工成本，在各类疏浚施工场景下均可获得液压破碎锤的有效指示，便于液压破碎锤开挖在疏浚施工领域的推广。
[0106]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0107]
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。