爆破振動監測技術探討-爆破振動監測儀

時間 :2016-04-08 09:34:36點擊 :

一、爆破地震效應及監測過程

   炸藥爆炸會產生沖擊波,該波在岩石中傳播會逐漸衰減為應力波,能量逐漸減小。當其再破壞岩石,只能引起岩石質點的彈性振動,便形成地震波。地震波的能量只占爆炸總能量的2-6%。根據地震波傳播路徑的不同,可分為兩類:一類是沿著岩體內部傳播,稱為體波;另一類是沿岩石表面傳播,稱為面波。體波又可分為縱波和橫波,面波可分為瑞利波和拉夫波。其中,瑞利波頻率低、衰減慢、振幅大,周期和擾動時間長,所攜帶能量很大,是造成爆破地震的主要因素。爆破振動監測儀TC-4850N網絡測振儀

   1、爆破地震安全評價的方法

   主要有叁種方法:爆破地震烈度法、動力分析法和單一參數法。前兩種方法或精度不夠或理論不夠完善,均很少采用。單一參數法控制指標有地面質點最大振速、最大加速度、最大位移、能量比等,其中質點最大振速法最為方便,各國大多采用其為安全評定標准。

   我國《爆破安全規程》(GB6722-2014)中地面建築物的爆破振動判據,采用保護對象在地點峰值振動速度和主振頻率。質點振動速度可由相互垂直度的水平徑向速度、水平切向速度和垂直速度合成,其中水平徑向速度、水平切向速度均較小,所以我們只需測得垂直速度即可。

   2、爆破振動監測一般過程

   2.1 測點的選取

   地面建築物和構築物為保護對象。根據已有研究成果,爆破時基礎的速度峰值大於柱子的速度峰值;柱子的速度峰值大於牆體、屋面板和圈梁的速度峰值;基礎上表面的速度峰值大於下表面的速度峰值;牆體下方的速度峰值大於牆體上方的速度峰值。因此,測點選取基礎上表面;若基礎埋於土層下,則選擇最靠近基礎且堅實的散水作為測點。

   2.2 探頭的布置

   一般來說,若地質情況不變,離爆源近的點振速大於遠離爆源的點。故保護對象選擇離爆源最近的建築。探頭置於轉角處基礎上,通過延長線,可使一台儀器同時測得叁點處的振速,以便更全面的了解爆破對整座建築的影響。探頭需要使用石膏與基礎粘結牢固。

   3、現場監測實施

   監測點位置確定後,使用生石膏粉加水調制成漿糊狀,將傳感器黏結在隧道內平整面的測點上,約10min石膏凝固後即可進行測試。在安裝過程中,垂直速度傳感器應該盡量保持與水平面垂直;水平速度傳感器的安裝應該與水平面平行,水平速度傳感器的水平方向有一氣泡,如安裝處於水平狀態時氣泡應該在刻度的中間位置。如采用叁相速度測試(垂、徑、切向),用垂直傳感器測量垂向的速度,用兩只水平傳感器分別測量徑向、切向的速度。安裝徑向水平傳感器應該水平指向爆心,切向水平速度傳感器則與徑向垂直並且和地面保持水平。

  二、爆破震動監測中應注意事項

   爆破震動監測點的選取應注意下列幾點:

   (1)為了確保隧道結構的安全,需要在隧道內合理布設測點。

   (2)測點數目要足夠多,以便有足夠的數據分析地面震動傳播的衰減規律以及和爆心距等參數的關系。

   (3)應考慮不同地貌、地質條件的影響,便於了解分析這些因素條件對爆破震動效應的影響規律。

   (4)測點數目及布設可根據實際情況進行調整。

   叁、爆破振動監測測試結果分析

   (1)波形分析

   爆破振動波形的特征是短間隔多次振動,因為一次爆破通常都是分段起爆,每段爆破將根據藥量和爆破條件的變化(如夾制條件、炮孔分散性、裝藥結構等不同)而產生不同的振動峰值,因此在波形分析中根據不同時刻的峰值變化,首先將不同起爆段分別對應的峰值振速查找出,這樣一次爆破測振可獲得更多的比例距離條件下的峰值振速信息,增加了振動數據統計分析的可靠性、准確性,也提高了振動測試的效率。

   (2)主振頻率

   現今爆破振動測試儀配套軟件中都已帶有FFT分析工具軟件,今後需要提供小波分析、HHT分析等多種分析方法,選取所關心的振動波形段進行頻譜分析是測試結果分析的重要部分,頻譜分析需要作統一規定,本分析軟件已經自帶主頻計算,可以直接查看。

   (3)振動持續時間

   爆破振動持續時間分為一段振波持續時間和全部爆破振動持續時間。一段振波可分成主振段和尾振段。從初至波到幅值衰減到A=Amax/e以為主振波,主振波曆時為段振波持續時間。根據段振波持續時間可確定合理微差起爆間隔時間,可分析介質的阻尼特征等。全部爆破振動持續時間指振動波初始到結束的持續時間,大多數情況下對全部爆破振動持續時間並不關心,但它也是反應爆破振動強弱的重要指標之一,在考慮振動疲勞破壞時有一定意義。

   (4)地震波傳播速度(Vw)

   利用地震波波形時標,可以讀出振波初至該測點的時刻,計算出不同測點初至波的時差(tW=tB-tA),以及不同測點至爆源的距離差(RW=RB-RA),地震波波速VW=RW/tW。當測點距離太近時,由於時差太小,若采樣頻率過低,地震波波速計算精度低、誤差大。因此需作波速計算時應使兩點間距加大,並且保證兩測點同時觸發記錄。

   四、爆破振動監測工程實例

   某隧道是某市改善進入某風景區的交通條件而新建的一條城市公路隧道,它連接X山路和X山南路,處於某湖東側,穿過山體。在隧道拱頂上方有一建築群。

   隧道設計淨寬15m、全長1739.99m,裏程樁號為k0+365.738~k1+159.728。其中穿越建築群段全長303m,其裏程樁號為k0+717~k1+020。建築群房屋為磚混結構。根據《爆破安全規程》(GB6722-2014)的規定要求,在施工爆破掘進該隧道建築群段的過程中,需要對其房屋地面質點振動速度進行監測,在監測數據的指導下進行爆破施工作業。

   1、爆破振動監測

   1.1監測的儀器和方法

   本次爆破振動監測采用了由無線網絡爆破測振儀、叁矢量振動速度傳感器等組成的測試系統進行監測。

   該測試系統中的振動傳感器為叁合一同時監測xyz叁個方向。量測過程中振動測試儀自動采集、存儲相關數據,並通過手機信號傳送至雲服務器,在有網絡的地方可以隨時控制網絡測振儀。及時對結果進行分析,指導下次爆破方案設計,而人員不用每次到儀器旁采集數據。

   由於爆破震動效應隨著傳播距離的增大逐漸衰減,因此,每次測試時基本上是在離爆破點較近的測點進行測試。每次測量結束後,立即對測試結果進行整理分析,並參照監測數據,結合隧道的埋深、周邊建築物分布情況確定下一次爆破的參數、施工進度,從而確保了爆破作業順利、安全地進行。

   1.2監測點的布置

   根據建築群與隧道的空間位置及距離,在建築群房屋地面共布置了22個監測點。其中,進口端從k0+700到k0+880分別在大約每間隔12~16m的地方布置了13個測點;出口端從k0+900到k1+040也分別在大約每間隔15~18 m的地方布置了9個測點。

   1.3監測的結果

   共獲79組數據。

   2、爆破振動監測結果的回歸分析

   在監測初期根據所測得的數據對爆破地震波傳播衰減監測結果進行了2次回歸分析,第1次是根據施工到k0+567位置時所測得的數據進行回歸分析;第2次是根據施工到k0+679位置時所得的數據進行回歸分析,將為及時調整爆破設計方案提供依據。

   2.1.回歸數學模型

   根據我國《爆破安全規程》(GB6722-2014)及國內外的一些研究成果,在中國和前蘇聯地區爆破振動傳播與衰減規律普遍都采用薩道夫斯基的經驗公式。

   已有的研究表明,在預測中考慮了傳播介質條件、炸藥量和爆心距測點的距離等主要因素,但忽略了測點距爆心的高差距離、爆破振動主頻等因素;而這些因素在某些特定的條件下也是影響質點振動速度的主要因素;又由於各測點之間的高差不在0.5m~1.5m范圍內,那麼就必須考慮高程差對地震波傳播的影響。因此,在隧道開挖爆破施工中,為了使預測爆破振動更准確、符合實際情況,在質點振動速度預測公式中應增加高差影響系數。

   2.2回歸結果分析

   從監測的數據來看,在未進入建築群段前,在隧道爆破點正上方地面測得的振動速度基本上在1~6cm/s之間;而進入建築群段後,通過爆破監測的信息反饋,逐漸調整裝藥量使在建築群房屋地面測得的振動速度值均小於1.5cm/s,且95%以上小於1.0cm/s,並符合《爆破安全規程》(GB6722-2003)關於磚房地面質點振動速度不得超過2~3cm/s的要求。其信息化爆破施工監測較好地指導了後續階段隧道的爆破作業。

   3、爆破振動控制技術 爆破振動監測

   3.1選擇合理的爆破時差

   對於本研究的短進尺的隧道施工爆破工程,對低段位各排炮孔之間采取了合理的時差間隔,並保證了主震動頻率不接近於被保護建築物的自振頻率,同時使地震波之間不產生疊加。因此,為了不使後一段地震波與前段相疊加,故應適當增加使用的非電導爆管(或電雷管)段數,使前後段爆破時差≥100~150ms,從而確定了合理的微差時間。

   3.2控制段最大裝藥量Q

   通過本次爆破振動監測表明,當降低起爆藥量時,可以使質點的振動速度減小,達到減振的目的。

   3.3采用微差起爆

   在爆破施工中,通過適當布置起爆順序,采用跳段起爆,多次分批起爆,將首先破壞被爆岩石的拱形結構使其具有自坍趨勢,達到了減少裝藥量的目的。

   3.4控制掘進進尺

   為控制總裝藥量的單段藥量,在立交段的進尺控制在1m以內,其它地段的爆破進尺控制在1.5m以內,並采用分台階分部小導洞掘進,從而控制了單段藥量,使爆破震動效應控制在較低的水平。

   3.5采用預裂爆破

   實踐表明,預裂爆破降震率大都在30 %以上,效果好的預裂爆破降震率可達50 %以上,預裂爆破已成為常用的有效降震措施。因此,對於本研究的爆破工程可以適當采取預裂爆破,以減低爆破振動。

   五、結束語

   只有在進入建築群段前經過反複的爆破實驗並根據監測數據及其回歸分析,進一步優化調整了爆破參數,采取了控制掘進進尺、控制單段最大裝藥量、多次分批引爆以及分台階分部小導洞掘進等措施,從而將爆破震動效應控制在較低的水平,來確保地表建築群的安全和爆破作業的安全。
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成都中科測控有限公司成立於2006年,位於中國科學院成都分院內,專注於振動測試領域產品的研發、生產及銷售。公司測振核心技術傳承自上世紀八十年代中國科學院成都科學儀器研制中心的:BC-2型波形存儲器。叁十年來在技術革新方面我們從未停歇、不斷有更高技術含量的產品問世。專注提供工程爆破環境安全評估及類似領域的各種振動監測設備!矢志不渝的目標是為國內外用戶打造國際精品測振儀器!TC4850系列爆破測振儀經..

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