周期性的振動測量是有效的機械狀態(tài)管理的基礎(chǔ)，與其它無損監(jiān)測技術(shù)相比，振動頻譜提供了更多的旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)信息。

　　(1)監(jiān)測目的

　　隧道施工對地面建筑的影響主要有兩個方面：地表不均勻沉降和爆破振動，當(dāng)這兩者的作用超過建筑的承受能力，會造成樓房等地表建筑的開裂，后果非常嚴(yán)重。其中，爆破振動具有瞬時性，是居民對隧道施工***直接的感受，對居民的生活產(chǎn)生較大干擾同時也引發(fā)居民對建筑安全的擔(dān)心和質(zhì)疑。因此必須進行爆破振動監(jiān)測，嚴(yán)格將爆破震動危害控制在允許的范圍內(nèi)，監(jiān)測對象安全評價，為后續(xù)施工提供精確可靠的數(shù)據(jù)和指導(dǎo)后續(xù)施工爆破方案設(shè)計等是爆破振動監(jiān)測的主要目的。

　　(2)工作內(nèi)容

　　工作內(nèi)容為對爆破影響范圍內(nèi)需保護的建(構(gòu))筑物進行實時振動監(jiān)測，確保振速控制在規(guī)范規(guī)定和建、構(gòu)筑物安全范圍內(nèi)，具體的工作內(nèi)容有：現(xiàn)場熟悉、了解和掌握場址影響區(qū)范圍內(nèi)構(gòu)筑物狀況;配備先進監(jiān)測設(shè)備、按有關(guān)規(guī)范對爆破影響區(qū)建(構(gòu))筑物進行爆破振動監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析：

　　A. 對振動技術(shù)參數(shù)即頻率、振幅、周期、振動時間、振動相位等的監(jiān)測。

　　B. 對振動量即速度、加速度、位移等物理量的監(jiān)測。

　　(3)爆破振動監(jiān)測原理

　　爆破振動監(jiān)測原理如流程圖

　　

 

　　由于炸藥在巖石中的爆炸作用，使安裝布置在監(jiān)測質(zhì)點上的傳感器隨質(zhì)點振動而振動，使傳感器內(nèi)部的磁系統(tǒng)、空氣隙、線圈之間作相對的運動，變成電動勢信號，電動勢信號通過導(dǎo)線輸入可變增益放大器將信號放大，進入AD轉(zhuǎn)換，再通過時鐘、觸發(fā)電路，同時也通過存儲器信號保護，再通過CPU系統(tǒng)輸入計算機，采用波形顯示和數(shù)據(jù)處理軟件進行波形分析和數(shù)據(jù)處理。

　　(4)監(jiān)測方法

　　爆破振動監(jiān)測是實時監(jiān)測，所以在爆破前根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果進行細致的準(zhǔn)備工作，并嚴(yán)格按照工作流程進行工作。

　　為確保監(jiān)測的準(zhǔn)確可靠，***先對爆破點附近的監(jiān)測對象進行詳細準(zhǔn)確的調(diào)查后，確定監(jiān)測對象，然后在爆破前對監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查、檢測和標(biāo)定，同時根據(jù)監(jiān)測對象與爆破點相對位置關(guān)系，確定測點位置及布置方法，提前進入現(xiàn)場進行安置，根據(jù)爆破時間進行監(jiān)測。

　　A 測點布置

　　根據(jù)設(shè)計要求，將爆破振動測點布置在所需監(jiān)測的地表、建筑物結(jié)構(gòu)支撐柱、隧道側(cè)壁上。安裝傳感器時必須安裝穩(wěn)固，否則質(zhì)點的速度監(jiān)測數(shù)據(jù)將產(chǎn)生失真現(xiàn)象，一般采用石膏固定傳感器效果較好。還應(yīng)注意對傳感器的保護，使其避免受到爆破碎石或其它物體的物理性損傷。另外必須注意傳感器的方向性。

　　a、測點布置遵循的原則

　　***大振動斷面發(fā)生的位置和方向監(jiān)測;

　　爆破地震效應(yīng)跟蹤監(jiān)測;

　　爆破地震波衰減規(guī)律監(jiān)測。

　　b、測點的布置方法

　　按照上述原則和爆破地震的傳播規(guī)律和以往的經(jīng)驗，隧道爆破振動監(jiān)測點布置在隧道一側(cè)底部，每次監(jiān)測選擇離爆破點***近的2個測點，每個測點布置垂直方向、水平方向和水平切向的傳感器;地面建構(gòu)筑物的測點布置在距爆破中心***近的建構(gòu)筑物及其地表面，即靠近開挖隧道一側(cè)(迎爆面)。

　　對于建構(gòu)筑物測點選取基礎(chǔ)上表面，若基礎(chǔ)埋于土層下，則選擇***近基礎(chǔ)且堅實的散水作為測點。

　　B 監(jiān)測

　　a、爆破振動速度監(jiān)測系統(tǒng)

　　爆破振動速度測量系統(tǒng)一般由拾振器(或測振儀配合傳感器)和記錄器(包括計時器)兩個部分組成。

　　b、使用儀器

　　

 

　　采集器物理性能

　　² 內(nèi)存32 兆，用于操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)儲存，可用閃存卡擴展

　　² NiMH 電池，工作8 小時，重新充電3 小時

　　² 便攜2.04 公斤，長寬厚為 203mm X 260mm X 48mm

　　² 146mm X 108mm 彩色LCD 顯示器 / 分辨率為640 X 480 / 帶背光

　　² 大尺寸按鍵，包括12 個軟功能鍵，上下文相關(guān)幫助

　　² 密封外殼(IP65)

　　² 多種通訊方式，包括USB 口、以太網(wǎng)、串行或Email 數(shù)據(jù)文件

　　采集器數(shù)據(jù)采集功能

　　² 幅值量程自動設(shè)置

　　² 平均方式：正常、峰值保持、階數(shù)追蹤、時間同步、負平均

　　² 分析頻寬80kHz ;分辨率可達12800線

　　² A/D 轉(zhuǎn)換為16 位精度，動態(tài)范圍超過96dB(對特定的應(yīng)用，配合模擬積分可大于120dB)

　　² 供ICP傳感器的20伏2毫安電源

　　² 內(nèi)置電壓輸入“緩沖”

　　² 轉(zhuǎn)速TTL 輸入，內(nèi)置用于非TTL 信號的調(diào)理，可調(diào)整觸發(fā)

　　² 虛擬轉(zhuǎn)速，為隱藏的軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)速脈沖

　　² 雙通道，既完全兼容，又可***立組態(tài)

　　采集器分析功能

　　² 交互式數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置，幫您成為分析專***

　　² 動態(tài)分析的值包括：通頻值、頻譜、波形、12 個分析參數(shù)、1/3 倍頻程、A加權(quán)、相位、伯德 / 奈奎斯特圖

　　² 真正細化可提供***達300,000 線的分辨率

　　² 內(nèi)置PeakVue 功能和調(diào)制解調(diào)功能，可對滾動軸承和齒輪故障進行早期診斷

　　² 低速測試(SST)技術(shù)，可以用于分析轉(zhuǎn)速為10RPM 的設(shè)備

　　² 變速分析，對定轉(zhuǎn)速和變轉(zhuǎn)速的診斷同樣***

　　² 同時雙通道采集，和帶濾波的軸軌跡分析

　　² 交叉通道可測量同步交叉通道相位和相干性

　　采用自動記錄儀將速度傳感器測得的測點水平徑向、水平切向和垂直方向上的振動速度進行記錄。所記錄的振動波形應(yīng)有時間標(biāo)尺，并標(biāo)出***大振幅值和所處時刻。

　　然后需對爆破振動質(zhì)點速度進行回歸分析，模擬出其傳播規(guī)律。回歸分析可根據(jù)測點***程不同采用分組進行，選擇相互之間***差較小的測點作為一組采用薩道夫斯基公式進行回歸分析：

　　式中，Vmax為測點***大振動速度，應(yīng)分三個方向統(tǒng)計分析;

　　K、α為衰減系數(shù);

　　Q為爆破裝藥量，齊發(fā)爆破時為總裝藥量，延時爆破時為***大一段藥量;

　　R為測點至爆源的距離。

　　按照***小二乘法原理，根據(jù)爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，可求出K、α值。K、a值與爆區(qū)地形、地質(zhì)條件和爆破條件都相關(guān)，但K值更依賴于爆破條件的變化，a值主要取決于地形、地質(zhì)條件的變化。爆破臨空條件好，夾制作用小，K值就小，反之K值大;地形平坦，巖體完整、堅硬，a值趨小，反之破碎、軟弱巖體，地形起伏，a值趨大。根據(jù)我公司以前的相似工程經(jīng)驗，K取值范圍大部分在50～1000之內(nèi)，a取值在1.3～3.0之間。而近距離振動衰減規(guī)律和遠距離衰減規(guī)律可分開考慮，當(dāng)比例距離R’=R/Q≤10，為近距離，R’=R/Q≤10時為遠距離。近距離振動K值較大，可達500以上，a值較大，可達2.0～3.0;遠距離爆破振動，K達130～500，a為1.3～2.0。

　　(5) 建、構(gòu)筑物及已開挖地下隧道的安全性評估

　　評價各種爆破對不同類型建(構(gòu))筑物和其他保護對象的振動影響，應(yīng)采用不同的安全判據(jù)和允許標(biāo)準(zhǔn)。地面建筑物的爆破振動判據(jù)，采用保護對象所在地質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率。

　　《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)中對爆破振動安全規(guī)定如下：

　　爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)序號保護對象類別安全允許振速/(cm/s)

　　<10Hz10Hz～50Hz50Hz～100Hz

　　1土窖洞、土坯房、毛石房屋a0.5～1.00.7～1.21.1～1.5

　　2一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物a2.0～2.52.3～2.82.7～3.0

　　3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋a3.0～4.03.5～4.54.2～5.0

　　4一般古建筑與古跡b0.1～0.30.2～0.40.3～0.5

　　5水工隧道c7～15

　　6交通隧道c10～20

　　7礦山巷道c15～30

　　8水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備0.5

　　注1：表列頻率為主振頻率，系指***大振幅所對應(yīng)波的頻率。

　　注2：頻率范圍可根據(jù)類似工程或現(xiàn)場實測波形選取。選取頻率時亦可參考下列數(shù)據(jù)：硐室

　　爆破<20Hz;深孔爆破10Hz～60Hz;淺孔爆破40Hz～100Hz。

　　a 選取建筑物安全允許振速時，應(yīng)綜合考慮建筑物的重要性、建筑質(zhì)量、新舊程度、自振

　　頻率、地基條件等因素。

　　b 省級以上(含省級)重點保護古建筑與古跡的安全允許振速，應(yīng)經(jīng)專***論證選取，并報

　　相應(yīng)文物管理部門批準(zhǔn)。

　　c 選取隧道、巷道安全允許振速時，應(yīng)綜合考慮構(gòu)筑物的重要性、圍巖狀況、斷面大小、

　　深埋大小、爆源方向、地震振動頻率等因素。

　　d 非擋水新澆大體積混凝土的安全允許振速，可按本表給出的上限值選取。

　　若被監(jiān)測對象的質(zhì)點振動速度超過上表所規(guī)定的范圍，應(yīng)采取相應(yīng)措施修正爆破方案，并加強被監(jiān)測對象的其它監(jiān)測手段(如安全巡視、沉降及位移監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等)，確保其安全。爆破方案修正措施包括：控制***大單響藥量、選用低爆速低威力的炸藥、創(chuàng)造自由面、控制開挖循環(huán)進尺、采用多段微差起爆技術(shù)、調(diào)整爆破傳爆方向、開挖減震溝、采用預(yù)裂爆破方法等。這些措施可多種同時采用，確保安全施工。

　　(6) 建議

　　A、振動安全評價方面，不僅要考慮建筑物結(jié)構(gòu)形式，更要考慮地基基礎(chǔ)。應(yīng)該說大部分振動破壞都不是建筑結(jié)構(gòu)直接振裂的破壞，而是地基基礎(chǔ)的振動變形和位移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞案例占多數(shù)，因此除考慮不同結(jié)構(gòu)類型的振速標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)考慮不同地基類型的振動標(biāo)準(zhǔn)。如瑞典的“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定：

　　散松的冰磧、砂、卵、粘土層 [V]≤1.8 cm/s

　　緊密冰磧層、砂巖、軟弱灰?guī)r [V]≤3.5 cm/s

　　花崗巖、片麻巖、石灰?guī)r、石英砂巖 [V]≤7.0 cm/s

　　這一標(biāo)準(zhǔn)值得參考。地基的振動變形或破壞以振動加速度判據(jù)更為合理。

　　B、規(guī)程中將地下隧道根據(jù)功能分為三類，在實用中認為地下巷道的標(biāo)準(zhǔn)好用，建議本項目應(yīng)根據(jù)圍巖類型和支護質(zhì)量不同，確定不同的標(biāo)準(zhǔn)值。

　　C、對于重要建筑或有紀(jì)念意義建筑應(yīng)由專***組根據(jù)調(diào)查報告或試驗報告論證確定振動安全標(biāo)準(zhǔn)，并跟蹤爆破作業(yè)進行振動監(jiān)測，提出振動速度監(jiān)測報告，報告內(nèi)容應(yīng)包括爆破振動安全評價。

　　D、爆源50 m以內(nèi)若有保護目標(biāo)時，應(yīng)作振動監(jiān)測。因爆源近區(qū)振動危害較大，振動衰減規(guī)律變化較大，只有通過測試結(jié)果隨時調(diào)整爆破設(shè)計方案，才能確保振動安全，同時也可避免一些不必要的糾紛。

　　(7)儀器操作注意事項

　　傳感器：傳感器安裝的準(zhǔn)確性是數(shù)據(jù)可靠性的重要保障?，F(xiàn)場安裝時，必須注意以下幾點：

　　1. 傳感器的測量方向必須準(zhǔn)確，安裝時應(yīng)使用水平尺及羅盤，對傳感器的安裝進行調(diào)平及調(diào)方向，確保三維測量方向的正確。

　　2. 傳感器安裝位置應(yīng)選擇在與被監(jiān)測物形成一體的結(jié)構(gòu)上，并選取離爆點***近的位置。

　　3. 傳感器必須與被監(jiān)測物可靠粘結(jié)，粘結(jié)劑可選擇石膏粉、AB膠，也可以選擇以夾具或磁座方式，與被測物形成剛性聯(lián)接。

　　4. 傳感器與儀器的連接必須可靠，連接完成后，可輕拽線纜，確認線纜已接好;儀器進入信號等待狀態(tài)后，輕輕用手指敲擊傳感器，觀察儀器是否記錄，確保傳感器及儀器的可靠工作。

　　儀器：現(xiàn)場使用時，應(yīng)先安裝好傳感器并將傳感器線纜與儀器完成連接后，才能打開儀器電源;電源打開后30秒內(nèi)不作操作，儀器將自動進入采集等待狀態(tài)。