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

廖識 重慶大學，重慶 400044

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

廖識 重慶大學，重慶 400044

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

監(jiān)測；振動速度；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挖中最常用和經(jīng)濟合理的工法，但在爆破施工中會對地面的建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生一定的影響與危害，爆破過程中產(chǎn)生的地震波對地面建（構(gòu)）筑物的影響最大。因此通過測定爆破所引發(fā)的地震效應(yīng)對地表建（構(gòu)）筑物中所產(chǎn)生的質(zhì)點振動速度來判斷地表建（構(gòu)）筑物的安全性，并及時反饋設(shè)計和施工，調(diào)整和優(yōu)化爆破參數(shù)，對確保施工過程中周圍建筑物和結(jié)構(gòu)物的安全有重要的應(yīng)用價值。

1.UBOX5016爆破監(jiān)測儀簡介

UBOX5016爆破監(jiān)測儀是針對現(xiàn)場爆破、振動、沖擊、噪聲等測試而專門優(yōu)化設(shè)計的，用于信號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。儀器能對傳感器（包括速度、加速度、壓力、應(yīng)變、溫度等）產(chǎn)生的動態(tài)、靜態(tài)模擬信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換、存儲，并有觸發(fā)機制保證只對關(guān)心特征的信號進行正確記錄。UBOX5016不但能夠進行簡單的采集工作，配合BM View通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備控制，得到的爆破震動數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗公式進行爆破震動的專業(yè)分析、統(tǒng)計、管理。

2.地鐵爆破監(jiān)測參數(shù)

UBOX5016爆破監(jiān)測儀在現(xiàn)場主要通過采集振動速度和主頻率來判定建（構(gòu)）筑物是否安全，并通過振動速度和保護建筑物與爆破中心的距離來確定合理用藥量，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算出合理的爆破用藥量。

2.1 監(jiān)測振動速度的合理性

爆破地震效應(yīng)是由炸藥在地表巖土等介質(zhì)中爆炸時，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)點振動效應(yīng)。爆破作用引起的地震波是一種極為復(fù)雜的隨機波，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)點作簡諧運動。因此，介質(zhì)質(zhì)點的運動狀態(tài)可用位移x、速度v和加速度a等物理量進行描述，在實際應(yīng)用時，通常取各物理量的峰值xΣ，xΣ，xΣ進行描述

式中 A——質(zhì)點振動幅值，mm；

f——圓頻率，ε=V/C；

f——振動頻率，Hz；

t——時間，s。

由上式可見，只要測量到3個物理量中的任何一個，原則上就可以確定其他2個。在爆破地震的測試中，國內(nèi)外大多不采用求質(zhì)點運動的矢量和的方法，而是測質(zhì)點運動的最大分向量或從3個分向量中取其最大的一個作為結(jié)構(gòu)物破壞的評價標準。實測資料表明，采用質(zhì)點振動速度作為衡量和描述爆破地震振動強度的標準，比采用位移和加速度作為衡量標準更有利于排除介質(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。

當結(jié)構(gòu)物受到地震波的振動作用時，應(yīng)變ε與質(zhì)點振動速度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，爆破地震波作用在結(jié)構(gòu)物上產(chǎn)生的應(yīng)力與質(zhì)點振動的速度成正比，這表明質(zhì)點振動速度是一個判別結(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)點最大允許速度,我國《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確定;

Q——等效藥量,kg;

m——裝藥指數(shù),一般取1/3。

3.現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 車站概況

重慶地鐵某車站地處金龍路與松樹橋之間，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)出入口及風井在公園范圍內(nèi)，且管線眾多。車站設(shè)計里程為AK22＋371～AK22＋551，總長180m。車站及區(qū)間隧道圍巖級別為IV級，基巖巖性主要為中等風化的砂質(zhì)泥巖與砂巖互層，巖體較完整。

3.2 爆破監(jiān)測點布置

由車站概況可以看出，車站南面為公園，地勢開闊，無大型高層建筑物，爆破震動影響較??；北面為三棟高層鋼筋混凝土建筑，距離車站較近，作為爆破震動監(jiān)測的重點對象。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，爆破震動監(jiān)測點布置與建筑物A、B、C靠近車站端的樓腳，布置探頭的進行監(jiān)測，隨著車站爆破斷面的前進，爆破震動監(jiān)測布置點也隨著前進，確保需要保護的鋼筋混凝土建構(gòu)筑物與最近的爆破點距離為最小，確保測出的數(shù)據(jù)真實、可靠。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

通過對爆破震動的監(jiān)測，得出大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，爆破震動產(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)點最大振動速度，來確定爆破是否對建筑產(chǎn)生損害。表1某次爆破參數(shù)。

表1 爆破震動記錄表

對地鐵車站爆破振動一段時間的監(jiān)測，其垂直分量最大到達了2.4cm/s，小于5cm/s的國家安全規(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)測數(shù)據(jù)的及時反饋，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 通過對爆破產(chǎn)生地震波的分析，得出質(zhì)點振動速度是一個判別結(jié)構(gòu)物安全與否的重要物理量，采用測量質(zhì)點振動速度是合理有效的，并且能有效計算出合理爆破用藥量。

4.2 爆破現(xiàn)場采用UBOX5016爆破監(jiān)測儀能有效采集到建筑附近的 質(zhì)點振動垂直最大分量，確保爆破施工時在合理安全的范圍內(nèi)。

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TU

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.018