UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀在城市地鐵爆破監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

廖識(shí) 重慶大學(xué)，重慶 400044

UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀在城市地鐵爆破監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

廖識(shí) 重慶大學(xué)，重慶 400044

本文通過(guò)對(duì)爆破產(chǎn)生地震波的分析，得出振動(dòng)速度是一個(gè)判別結(jié)構(gòu)物安全與否的重要物理量，能有效計(jì)算出合理爆破用藥量。UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀能在地鐵爆破監(jiān)測(cè)中采集到有效的振動(dòng)速度數(shù)據(jù)，為重慶某地鐵爆破施工提供建議，確保爆破施工時(shí)在合理安全的范圍內(nèi)。

監(jiān)測(cè)；振動(dòng)速度；用藥量

引言

地鐵作為城市公共交通的重要組成部分，在緩解城市交通壓力、拓展城市空間等方面發(fā)揮著重要作用。鉆爆法施工則是城市地鐵巖層隧道開(kāi)挖中最常用和經(jīng)濟(jì)合理的工法，但在爆破施工中會(huì)對(duì)地面的建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生一定的影響與危害，爆破過(guò)程中產(chǎn)生的地震波對(duì)地面建（構(gòu)）筑物的影響最大。因此通過(guò)測(cè)定爆破所引發(fā)的地震效應(yīng)對(duì)地表建（構(gòu)）筑物中所產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)判斷地表建（構(gòu)）筑物的安全性，并及時(shí)反饋設(shè)計(jì)和施工，調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，對(duì)確保施工過(guò)程中周圍建筑物和結(jié)構(gòu)物的安全有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1.UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀簡(jiǎn)介

UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破、振動(dòng)、沖擊、噪聲等測(cè)試而專門優(yōu)化設(shè)計(jì)的，用于信號(hào)記錄和分析的小型儀器，該儀器便于攜帶，適用于大部分地形的爆破監(jiān)測(cè)。儀器能對(duì)傳感器（包括速度、加速度、壓力、應(yīng)變、溫度等）產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，并有觸發(fā)機(jī)制保證只對(duì)關(guān)心特征的信號(hào)進(jìn)行正確記錄。UBOX5016不但能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的采集工作，配合BM View通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備控制，得到的爆破震動(dòng)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行爆破震動(dòng)的專業(yè)分析、統(tǒng)計(jì)、管理。

2.地鐵爆破監(jiān)測(cè)參數(shù)

UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀在現(xiàn)場(chǎng)主要通過(guò)采集振動(dòng)速度和主頻率來(lái)判定建（構(gòu)）筑物是否安全，并通過(guò)振動(dòng)速度和保護(hù)建筑物與爆破中心的距離來(lái)確定合理用藥量，最終確保地面建（構(gòu)）筑物的安全。筆者將在下面分析振動(dòng)速度作為判定地面建（構(gòu)）筑物的安全與否的物理量的合理性以及如何計(jì)算出合理的爆破用藥量。

2.1 監(jiān)測(cè)振動(dòng)速度的合理性

爆破地震效應(yīng)是由炸藥在地表巖土等介質(zhì)中爆炸時(shí)，炸藥能量在破碎完介質(zhì)后，剩余能量在介質(zhì)中以彈性波的形式所引起介質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)效應(yīng)。爆破作用引起的地震波是一種極為復(fù)雜的隨機(jī)波，一般情況下，為了研究方便，假定介質(zhì)是均質(zhì)的、各向同性的彈性體，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。因此，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用位移x、速度v和加速度a等物理量進(jìn)行描述，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常取各物理量的峰值xΣ，xΣ，xΣ進(jìn)行描述

式中 A——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅值，mm；

f——圓頻率，ε=V/C；

f——振動(dòng)頻率，Hz；

t——時(shí)間，s。

由上式可見(jiàn)，只要測(cè)量到3個(gè)物理量中的任何一個(gè)，原則上就可以確定其他2個(gè)。在爆破地震的測(cè)試中，國(guó)內(nèi)外大多不采用求質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的矢量和的方法，而是測(cè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的最大分向量或從3個(gè)分向量中取其最大的一個(gè)作為結(jié)構(gòu)物破壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)測(cè)資料表明，采用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為衡量和描述爆破地震振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，比采用位移和加速度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)更有利于排除介質(zhì)因素的影響，并且與構(gòu)筑物的破壞特征的相關(guān)性更好。

當(dāng)結(jié)構(gòu)物受到地震波的振動(dòng)作用時(shí)，應(yīng)變?chǔ)排c質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度V和波速C之間的關(guān)系為：

根據(jù)結(jié)構(gòu)物的彈性力學(xué)關(guān)系:

ε =V/C ，可得到極限條件下的應(yīng)力xΣ與極限振速xΣ之間的關(guān)系為：

由此可見(jiàn)，爆破地震波作用在結(jié)構(gòu)物上產(chǎn)生的應(yīng)力與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度成正比，這表明質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度是一個(gè)判別結(jié)構(gòu)物安全與否的重要物理量。

2.2 爆破藥量控制

式中，R——安全距離，m；

V——質(zhì)點(diǎn)最大允許速度,我國(guó)《爆破安全規(guī)程》已規(guī)定，cm/s；

K，α——與地形地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和指數(shù),可參考類似工程或由試驗(yàn)確定;

Q——等效藥量,kg;

m——裝藥指數(shù),一般取1/3。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 車站概況

重慶地鐵某車站地處金龍路與松樹(shù)橋之間，紅石路南側(cè)地下呈東西向布置，車站北側(cè)為多、高層商住建筑，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋，南側(cè)為花卉園人工湖，南側(cè)出入口及風(fēng)井在公園范圍內(nèi)，且管線眾多。車站設(shè)計(jì)里程為AK22＋371～AK22＋551，總長(zhǎng)180m。車站及區(qū)間隧道圍巖級(jí)別為IV級(jí)，基巖巖性主要為中等風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖與砂巖互層，巖體較完整。

3.2 爆破監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

由車站概況可以看出，車站南面為公園，地勢(shì)開(kāi)闊，無(wú)大型高層建筑物，爆破震動(dòng)影響較?。槐泵鏋槿龡澑邔愉摻罨炷两ㄖ?，距離車站較近，作為爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)對(duì)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置與建筑物A、B、C靠近車站端的樓腳，布置探頭的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨著車站爆破斷面的前進(jìn)，爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)布置點(diǎn)也隨著前進(jìn)，確保需要保護(hù)的鋼筋混凝土建構(gòu)筑物與最近的爆破點(diǎn)距離為最小，確保測(cè)出的數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)爆破震動(dòng)的監(jiān)測(cè)，得出大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，爆破震動(dòng)產(chǎn)生的最大分向量為垂直分向量，其次為徑向分向量，最小的為切向分向量。因此每次最大的垂直分量則為質(zhì)點(diǎn)最大振動(dòng)速度，來(lái)確定爆破是否對(duì)建筑產(chǎn)生損害。表1某次爆破參數(shù)。

表1 爆破震動(dòng)記錄表

對(duì)地鐵車站爆破振動(dòng)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，其垂直分量最大到達(dá)了2.4cm/s，小于5cm/s的國(guó)家安全規(guī)范，而且在施工工程并未發(fā)現(xiàn)因爆破出現(xiàn)的房屋出現(xiàn)列橫和受損的情況，并且根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋，調(diào)整用藥量的大小，能有效提高施工效率和安全施工。

4.結(jié)論

4.1 通過(guò)對(duì)爆破產(chǎn)生地震波的分析，得出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度是一個(gè)判別結(jié)構(gòu)物安全與否的重要物理量，采用測(cè)量質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度是合理有效的，并且能有效計(jì)算出合理爆破用藥量。

4.2 爆破現(xiàn)場(chǎng)采用UBOX5016爆破監(jiān)測(cè)儀能有效采集到建筑附近的 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)垂直最大分量，確保爆破施工時(shí)在合理安全的范圍內(nèi)。

[1]紐強(qiáng).巖石爆破機(jī)理［M］.沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社，1986

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[3]葉洲元，周志華.爆破震動(dòng)安全距離的優(yōu)化計(jì)算[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，15(3)，57～60

TU

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.018