遠程測振系統(tǒng)在群樓拆除爆破振動監(jiān)測中的應(yīng)用

徐 洋，謝全民，梅 比，賈永勝，姚穎康

(1.黑龍江省公安廳治安管理總隊，哈爾濱 150000；2.陸軍工程大學(xué)軍械士官學(xué)校，武漢 430075；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑學(xué)院，北京 100083；4. 江漢大學(xué)，武漢 430056)

在爆破危害效應(yīng)中，爆破振動由于其破壞力強，控制難度大，因此成為長期困擾著爆破施工單位及公安主管部門的難題。為確保爆破施工安全，《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[1]明確要求“D級以上爆破工程均需進行爆破振動監(jiān)測”。因此，國內(nèi)外多家單位對監(jiān)測爆破振動的數(shù)字爆破測振系統(tǒng)開展了廣泛研究。如加拿大Instantel公司研制了Blast mate III型振動檢測儀，美國生產(chǎn)了MINI-SEIS測振儀；2008年起西南交通大學(xué)巖土創(chuàng)新團隊，在國內(nèi)率先研發(fā)了L20型全自動爆破測振儀，2010年原解放軍理工大學(xué)工程兵學(xué)院搭建了一種爆破振動預(yù)報與控制平臺，2011年6月中科測控公司研制了TC-4850低頻寬帶爆破測振儀，2011年華南理工大學(xué)研發(fā)了基于網(wǎng)格技術(shù)的遠程智能化監(jiān)測系統(tǒng)，長江科學(xué)院于2012年建立了基于物聯(lián)網(wǎng)+無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)，2012年鐵道部科學(xué)研究院提出了基于TC-4850N無線網(wǎng)絡(luò)測振儀的遠程爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)，托普測控科技有限公司構(gòu)建了基于3G無線網(wǎng)絡(luò)的工程爆破遙測系統(tǒng)，成都泰測科技有限公司自主研發(fā)了Blast系列爆破測振儀，廣州中爆數(shù)字信息科技股份有限公司2012年起研發(fā)了面向爆破振動監(jiān)測的遠程測振系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備校核-數(shù)據(jù)采集-網(wǎng)絡(luò)實時傳輸-信號精細處理-報告自動編寫[2]。由此可見，數(shù)字爆破測振系統(tǒng)及儀器呈現(xiàn)出百花齊放態(tài)勢，而且數(shù)字爆破測振技術(shù)在工程爆破領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，這為各級公安主管部門實現(xiàn)爆破工程危害效應(yīng)遠程實時監(jiān)管提供了方便。

2017年1月，在漢口濱江商務(wù)區(qū)一次性爆破拆除19棟群樓，創(chuàng)造了國內(nèi)外城區(qū)內(nèi)群樓拆除爆破規(guī)模的新紀(jì)錄。為確保本次拆除爆破安全，公安主管部門在審批爆破方案時明確要求，必須采用控制爆破的方法，同時加強此次拆除爆破產(chǎn)生危害效應(yīng)的實時監(jiān)測。本次群樓拆除爆破使用的是廣州中爆數(shù)字公司研發(fā)的遠程測振系統(tǒng)，對群樓拆除爆破過程中產(chǎn)生的爆破振動及塌落振動進行了實時監(jiān)測。因此以該遠程測振系統(tǒng)測試本次拆除爆破群樓的實踐為例，探索數(shù)字爆破測振系統(tǒng)在工程爆破危害效應(yīng)實時監(jiān)測中的使用效果。

1 遠程測振系統(tǒng)

廣州中爆數(shù)字公司開發(fā)的遠程測振系統(tǒng)，以工程爆破云計算中心為基礎(chǔ)平臺，以測振專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫為技術(shù)支撐，以網(wǎng)絡(luò)測振儀、瞬態(tài)校準(zhǔn)儀為外部配套設(shè)備，為爆破振動實時測試、數(shù)據(jù)處理和服務(wù)用戶實現(xiàn)數(shù)字化、實時化提供了條件，填補了國內(nèi)爆破振動實時測試和云計算處理的空白，具有國際領(lǐng)先水平。

遠程測振系統(tǒng)主要功能有測振儀器設(shè)備管理、工程項目信息管理、測振數(shù)據(jù)分析、安全評估等功能模塊(見圖1)。

圖1 功能選擇窗口Fig.1 Function selection window

遠程測振系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)測振儀(見圖2)基于一體化設(shè)計思路，內(nèi)置了振動速度傳感器，在國內(nèi)率先將速度傳感器、測振主機以及電源進行了有機整合。在數(shù)據(jù)安全性方面利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，確保測振儀采集到的質(zhì)點振動數(shù)據(jù)與測振任務(wù)信息進行綁定。數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用，使得測振人員無法通過計算機人為修改測振數(shù)據(jù)結(jié)果，充分保證了測振數(shù)據(jù)的客觀性和準(zhǔn)確性。網(wǎng)絡(luò)測振儀中的測振平板電腦可同時搭載多個(最多256個)測振子機，能夠?qū)崟r讀取和分析測振數(shù)據(jù)。各測振子機可通過無線路由器與測振平板之間進行數(shù)據(jù)連接。在爆破振動監(jiān)測過程中，測振子機采集到的數(shù)據(jù)可保存在本機內(nèi)，或通過4G網(wǎng)絡(luò)，將爆破振動測試數(shù)據(jù)實時發(fā)送到工程爆破云計算中心；在無4G網(wǎng)絡(luò)的情況下，可通過無線路由器將測振數(shù)據(jù)傳輸至測振平板中，待有4G網(wǎng)絡(luò)時再將測振數(shù)據(jù)傳輸至工程爆破云計算中心，這樣就可為爆破施工單位、爆破監(jiān)理單位以及公安主管部門等提供精準(zhǔn)的爆破振動原始數(shù)據(jù)，杜絕了傳統(tǒng)測振設(shè)備在爆破危害效應(yīng)監(jiān)測工作中可能存在人為修改數(shù)據(jù)的問題。

圖2 網(wǎng)絡(luò)測振儀Fig.2 Network measurement vibration instrument

爆破企業(yè)可通過http://www.cbrvc.cn進入遠程測振系統(tǒng)進行用戶注冊，對企業(yè)用戶信息、測振人員信息及測振儀器設(shè)備等信息進行登記備案[3-4]。爆破施工單位、爆破監(jiān)理單位、公安主管部門均可通過遠程測振系統(tǒng)查閱工程項目的爆破振動信息、監(jiān)測質(zhì)點的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)以及爆破安全的評估結(jié)果；爆破測振專家可利用 “數(shù)據(jù)文件分析”模塊，進行爆破振動測試信號的細節(jié)特征分析，并編制測振報告；企業(yè)用戶可向測振專家申請爆破測振報告。

2 遠程測振系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 工程概況

漢口濱江商務(wù)區(qū)19棟群樓地處湖北省武漢市解放大道頭道街至二七路段，屬于繁華鬧市區(qū)，緊鄰解放大道和輕軌交通一號線，周圍有住宅區(qū)、小學(xué)、人行天橋、地鐵站、變電站及京漢鐵路總工會等，周邊環(huán)境較為復(fù)雜(見圖3)，對爆破振動及塌落振動危害效應(yīng)控制要求較高。

圖3 周邊環(huán)境Fig.3 Surrounding environment

2.2 測點選擇

經(jīng)業(yè)主方要求及現(xiàn)場踏勘，待拆群樓周邊需重點保護的有：①5～7號樓西偏北側(cè)的輕軌站；②京漢鐵路總工會遺址；③9號樓正南方50 m處的變電站。為此，設(shè)置測點15個(見圖4)。

2.3 測點布置與埋設(shè)

安裝前應(yīng)嚴(yán)格按照文獻[3]所述的要求對傳感器進行檢驗，各項指標(biāo)合格后方可用于埋設(shè)安裝。測點是按照選取硬質(zhì)地面，建(構(gòu))筑物的受力點底部和距離爆破區(qū)域最近點的原則進行布置。傳感器要與基面緊密聯(lián)接，使用石膏粉進行傳感器的粘貼，保證傳感器與地基或構(gòu)件牢固粘接。為準(zhǔn)確取得監(jiān)測結(jié)果，安裝傳感器時應(yīng)注意避免碰撞傳感器。

注：①～③為變電站監(jiān)測點；④～⑥為待拆樓房正對面輕軌站橋墩地面監(jiān)測點；⑦～⑧為輕軌站二層大廳監(jiān)測點；⑨為輕軌站三層站臺監(jiān)測點；⑩～為京漢鐵路工會監(jiān)測點，這6個測點布置在一條直線上，可檢測此次爆破振動的衰減規(guī)律。圖4 測點布置Fig.4 Layout of measuring points

2.4 測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

采用遠程測振系統(tǒng)監(jiān)測得到本次群樓拆除爆破振動數(shù)據(jù)如表1所示。實測數(shù)據(jù)表明，此樓群拆除爆破時爆破振動產(chǎn)生的質(zhì)點峰值振動速度在0.419 0～5.181 3 cm/s之間，主頻在2.746 6～5.378 7 Hz之間。輕軌橋墩基礎(chǔ)振速為0.466 0～4.487 6 cm/s，主振頻率為2.861 0～5.351 0 Hz；輕軌站二層大廳安檢區(qū)域振速為0.419 0～1.640 6 cm/s，主振頻率為2.918 2～5.378 7 Hz；輕軌站三層站臺振速為0.495 2～1.720 9 cm/s，主振頻率為3.805 2～4.177 1 Hz；變電站振速為0.615 6～2.553 4 cm/s，主振頻率為2.861 0～3.528 4 Hz；京漢鐵路工會舊址振速為0.452 7～2.367 0 cm/s，主振頻率為2.746 6～4.835 1 Hz。

測試數(shù)據(jù)分析表明，本次群樓拆除爆破工程產(chǎn)生的爆破振動及塌落振動危害效應(yīng)，都控制在《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[1]要求的安全閾值范圍內(nèi)。公安主管部門可通過遠程測振系統(tǒng)實時查閱該群樓拆除爆破工程項目的振動危害效應(yīng)，大大提升了爆破工程項目監(jiān)管的數(shù)字化、智能化和信息化程度。

表1 拆除爆破振動信號測試結(jié)果

注：x方向為水平徑向，y方向為水平切向，z方向為垂直向。

采用遠程測振系統(tǒng)監(jiān)測得到本次群樓拆除工程中1#、2#、3#測點垂直方向的爆破振動時程如圖5所示。從測試系統(tǒng)所記錄波形來看，此次拆除爆破產(chǎn)生的地面振動的振幅，具有脈沖型高峰值、次大峰值多次出現(xiàn)的特點；各測點記錄到的地面有效振動持續(xù)時間在15 s 左右。另外，4#～15#測點得到的爆破振動時程，可以登錄遠程測振系統(tǒng)進行查看和數(shù)據(jù)分析。

圖5 爆破振動速度波形Fig.5 Waveform of blasting vibration velocity

3 結(jié)語

1)爆破后經(jīng)勘查，重點保護目標(biāo)9號樓正南方50 m處變電站，5～7號樓西偏、北側(cè)輕軌站及京漢鐵路總工會舊址均完好無損。這是因為此次19棟樓房拆除爆破爆破振動產(chǎn)生的最大質(zhì)點振動速度為5.181 3 cm/s；輕軌橋墩基礎(chǔ)的最大質(zhì)點振動速度為4.487 6 cm/s，輕軌站二層大廳安檢區(qū)域的最大質(zhì)點振動速度為1.640 6 cm/s，輕軌站三層站臺的最大質(zhì)點振動速度為1.720 9 cm/s；變電站的最大質(zhì)點振動速度為2.553 4 cm/s；京漢鐵路工會舊址的最大質(zhì)點振動速度為2.367 0 cm/s，都控制在《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[1]要求的安全閾值范圍內(nèi)。

2)實際應(yīng)用表明，遠程測振系統(tǒng)是中國數(shù)字爆破發(fā)展的產(chǎn)物，智能化及技術(shù)水平處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。通過遠程測振軟、硬件體系，實現(xiàn)了爆破測振數(shù)據(jù)自動記錄、遠程傳輸和數(shù)據(jù)精細處理，可推動爆破測振行業(yè)跨入新紀(jì)元。

3) 遠程測振系統(tǒng)有效地促進了管理部門對城區(qū)范圍內(nèi)復(fù)雜工況下爆破工程項目的爆破安全管理；該系統(tǒng)對規(guī)范國內(nèi)爆破振動測試，提升測振數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性具有重要價值；為公安主管部門加強爆破振動危害效應(yīng)的實時監(jiān)管，提高爆破安全管理提供了有效的技術(shù)手段。