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爆破振速监测

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爆破振速监测
（1）监测目的
隧道施工对地面建筑的影响主要有两个方面：地表不均匀沉降和爆破振动，当这两者的作用超过建筑的承受能力，会造成楼房等地表建筑的开裂，后果非常严重。其中，爆破振动具有瞬时性，是居民对隧道施工最直接的感受，对居民的生活产生较大干扰同时也引发居民对建筑安全的担心和质疑。因此必须进行爆破振动监测，严格将爆破震动危害控制在允许的范围内，监测对象安全评价，为后续施工提供精确可靠的数据和指导后续施工爆破方案设计等是爆破振动监测的主要目的。
（2）工作内容
工作内容为对爆破影响范围内需保护的建（构）筑物进行实时振动监测，确保振速控制在规范规定和建、构筑物安全范围内，具体的工作内容有：现场熟悉、了解和掌握场址影响区范围内构筑物状况；配备先进监测设备、按有关规范对爆破影响区建（构）筑物进行爆破振动监测，对监测数据进行处理分析：
A. 对振动技术参数即频率、振幅、周期、振动时间、振动相位等的监测。
B. 对振动量即速度、加速度、位移等物理量的监测。
（3）爆破振动监测原理
爆破振动监测原理如流程图
由于炸药在岩石中的爆炸作用，使安装布置在监测质点上的传感器随质点振动而振动，使传感器内部的磁系统、空气隙、线圈之间作相对的运动，变成电动势信号，电动势信号通过导线输入可变增益放大器将信号放大，进入AD转换，再通过时钟、触发电路，同时也通过存储器信号保护，再通过CPU系统输入计算机，采用波形显示和数据处理软件进行波形分析和数据处理。
（4）监测方法
爆破振动监测是实时监测，所以在爆破前根据实地调查结果进行细致的准备工作，并严格按照工作流程进行工作。
为确保监测的准确可靠，首先对爆破点附近的监测对象进行详细准确的调查后，确定监测对象，然后在爆破前对监测系统进行检查、检测和标定，同时根据监测对象与爆破点相对位置关系，确定测点位置及布置方法，提前进入现场进行安置，根据爆破时间进行监测。
A 测点布置
根据设计要求，将爆破振动测点布置在所需监测的地表、建筑物结构支撑柱、隧道侧壁上。安装传感器时必须安装稳固，否则质点的速度监测数据将产生失真现象，一般采用石膏固定传感器效果较好。还应注意对传感器的保护，使其避免受到爆破碎石或其它物体的物理性损伤。另外必须注意传感器的方向性。
a、测点布置遵循的原则
最大振动断面发生的位置和方向监测；
爆破地震效应跟踪监测；
爆破地震波衰减规律监测。
b、测点的布置方法
按照上述原则和爆破地震的传播规律和以往的经验，隧道爆破振动监测点布置在隧道一侧底部，每次监测选择离爆破点最近的2个测点，每个测点布置垂直方向、水平方向和水平切向的传感器；地面建构筑物的测点布置在距爆破中心最近的建构筑物及其地表面，即靠近开挖隧道一侧（迎爆面）。
对于建构筑物测点选取基础上表面，若基础埋于土层下，则选择最近基础且坚实的散水作为测点。
B 监测
a、爆破振动速度监测系统
爆破振动速度测量系统一般由拾振器（或测振仪配合传感器）和记录器（包括计时器）两个部分组成。
b、使用仪器
爆破振动监测拟使用Mini-BlastⅠ型爆破测振仪,该仪器是一款处于国际、国内领先水平，高智能化、高精度的精密监测仪器，完全符合国内爆破振动影响安全评估要求。仪器配备高分辨率的液晶显示屏，全中文界面，现场独立运行，且体积小、重量轻，易于携带，可以胜任各种恶劣环境下的监测。
该仪器各项技术指标：
采集方式：全并行同步采集；
工作温度：-10℃~60℃；
输入阻抗：1MΩ/20pF；
A / D ：24bit；
采样速率：10000 Hz ；
动态范围：100dB；
量 程：±10V；
供电方式：内置锂电池，工作时间≥24小时，具有电量指示；
测量范围：振动速度0.001～35cm/s；
频响(标配传感器)5～300Hz。
C、监测数据的处理分析
采用自动记录仪将速度传感器测得的测点水平径向、水平切向和垂直方向上的振动速度进行记录。所记录的振动波形应有时间标尺，并标出最大振幅值和所处时刻。
然后需对爆破振动质点速度进行回归分析，模拟出其传播规律。回归分析可根据测点高程不同采用分组进行，选择相互之间高差较小的测点作为一组采用萨道夫斯基公式进行回归分析：
式中，Vmax为测点最大振动速度，应分三个方向统计分析；
K、α为衰减系数；
Q为爆破装药量，齐发爆破时为总装药量，延时爆破时为最大一段药量；
R为测点至爆源的距离。
按照最小二乘法原理，根据爆破振动监测数据，可求出K、α值。K、a值与爆区地形、地质条件和爆破条件都相关，但K值更依赖于爆破条件的变化，a值主要取决于地形、地质条件的变化。爆破临空条件好，夹制作用小，K值就小，反之K值大；地形平坦，岩体完整、坚硬，a值趋小，反之破碎、软弱岩体，地形起伏，a值趋大。根据我公司以前的相似工程经验，K取值范围大部分在50～1000之内，a取值在1.3～3.0之间。而近距离振动衰减规律和远距离衰减规律可分开考虑，当比例距离R’=R/Q≤10，为近距离，R’=R/Q≤10时为远距离。近距离振动K值较大，可达500以上，a值较大，可达2.0～3.0；远距离爆破振动，K达130～500，a为1.3～2.0。
（5） 建、构筑物及已开挖地下隧道的安全性评估
评价各种爆破对不同类型建（构）筑物和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准。地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。
《爆破安全规程》（GB6722-2003）中对爆破振动安全规定如下：
爆破振动安全允许标准
序
号
保护对象类别
安全允许振速/(cm/s)
<10Hz
10Hz～50Hz
50Hz～100Hz
1
土窖洞、土坯房、毛石房屋a
0.5～1.0
0.7～1.2
1.1～1.5
2
一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物a
2.0～2.5
2.3～2.8
2.7～3.0
3
钢筋混凝土结构房屋a
3.0～4.0
3.5～4.5
4.2～5.0
4
一般古建筑与古迹b
0.1～0.3
0.2～0.4
0.3～0.5
5
水工隧道c
7～15
6
交通隧道c
10～20
7
矿山巷道c
15～30
8
水电站及发电厂中心控制室设备
0.5
注1：表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。
注2：频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据：硐室
爆破<20Hz；深孔爆破10Hz～60Hz；浅孔爆破40Hz～100Hz。
a 选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振
频率、地基条件等因素。
b 省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报
相应文物管理部门批准。
c 选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、
深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。
d 非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。
若被监测对象的质点振动速度超过上表所规定的范围，应采取相应措施修正爆破方案，并加强被监测对象的其它监测手段（如安全巡视、沉降及位移监测、应力应变监测等），确保其安全。爆破方案修正措施包括：控制最大单响药量、选用低爆速低威力的炸药、创造自由面、控制开挖循环进尺、采用多段微差起爆技术、调整爆破传爆方向、开挖减震沟、采用预裂爆破方法等。这些措施可多种同时采用，确保安全施工。
（6） 建议
A、振动安全评价方面，不仅要考虑建筑物结构形式，更要考虑地基基础。应该说大部分振动破坏都不是建筑结构直接振裂的破坏，而是地基基础的振动变形和位移导致结构破坏案例占多数，因此除考虑不同结构类型的振速标准外，还应考虑不同地基类型的振动标准。如瑞典的“标准”规定：
散松的冰碛、砂、卵、粘土层 [V]≤1.8 cm/s
紧密冰碛层、砂岩、软弱灰岩 [V]≤3.5 cm/s
花岗岩、片麻岩、石灰岩、石英砂岩 [V]≤7.0 cm/s
这一标准值得参考。地基的振动变形或破坏以振动加速度判据更为合理。
B、规程中将地下隧道根据功能分为三类，在实用中认为地下巷道的标准好用，建议本项目应根据围岩类型和支护质量不同，确定不同的标准值。
C、对于重要建筑或有纪念意义建筑应由专家组根据调查报告或试验报告论证确定振动安全标准，并跟踪爆破作业进行振动监测，提出振动速度监测报告，报告内容应包括爆破振动安全评价。
D、爆源50 m以内若有保护目标时，应作振动监测。因爆源近区振动危害较大，振动衰减规律变化较大，只有通过测试结果随时调整爆破设计方案，才能确保振动安全，同时也可避免一些不必要的纠纷。
（7）仪器操作注意事项
传感器：传感器安装的准确性是数据可靠性的重要保障。现场安装时，必须注意以下几点：
1. 传感器的测量方向必须准确，安装时应使用水平尺及罗盘，对传感器的安装进行调平及调方向，确保三维测量方向的正确。
2. 传感器安装位置应选择在与被监测物形成一体的结构上，并选取离爆点最近的位置。
3. 传感器必须与被监测物可靠粘结，粘结剂可选择石膏粉、AB胶，也可以选择以夹具或磁座方式，与被测物形成刚性联接。
4. 传感器与仪器的连接必须可靠，连接完成后，可轻拽线缆，确认线缆已接好；仪器进入信号等待状态后，轻轻用手指敲击传感器，观察仪器是否记录，确保传感器及仪器的可靠工作。
仪器：现场使用时，应先安装好传感器并将传感器线缆与仪器完成连接后，才能打开仪器电源；电源打开后30秒内不作操作，仪器将自动进入采集等待状态。
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