UBOX5016爆破監測儀在城市地鐵爆破監測中的應用

廖識 重慶大學，重慶 400044

UBOX5016爆破監測儀在城市地鐵爆破監測中的應用

廖識 重慶大學，重慶 400044

本文通過對爆破產生地震波的分析，得出振動速度是一個判別結構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爆破監測儀能在地鐵爆破監測中采集到有效的振動速度數據，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。

監測；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濟合理的工法，但在爆破施工中會對地面的建（構）筑物產生一定的影響與危害，爆破過程中產生的地震波對地面建（構）筑物的影響最大。因此通過測定爆破所引發的地震效應對地表建（構）筑物中所產生的質點振動速度來判斷地表建（構）筑物的安全性，并及時反饋設計和施工，調整和優化爆破參數，對確保施工過程中周圍建筑物和結構物的安全有重要的應用價值。

1.UBOX5016爆破監測儀簡介

UBOX5016爆破監測儀是針對現場爆破、振動、沖擊、噪聲等測試而專門優化設計的，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測。儀器能對傳感器（包括速度、加速度、壓力、應變、溫度等）產生的動態、靜態模擬信號進行數字轉換、存儲，并有觸發機制保證只對關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通過數據采集設備控制，得到的爆破震動數據，并在此基礎上根據薩道夫斯基經驗公式進行爆破震動的專業分析、統計、管理。

2.地鐵爆破監測參數

UBOX5016爆破監測儀在現場主要通過采集振動速度和主頻率來判定建（構）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）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）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 監測振動速度的合理性

爆破地震效應是由炸藥在地表巖土等介質中爆炸時，炸藥能量在破碎完介質后，剩余能量在介質中以彈性波的形式所引起介質點振動效應。爆破作用引起的地震波是一種極為復雜的隨機波，一般情況下，為了研究方便，假定介質是均質的、各向同性的彈性體，介質質點作簡諧運動。因此，介質質點的運動狀態可用位移x、速度v和加速度a等物理量進行描述，在實際應用時，通常取各物理量的峰值xΣ，xΣ，xΣ進行描述

式中 A——質點振動幅值，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，國內外大多不采用求質點運動的矢量和的方法，而是測質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構物破壞的評價標準。實測資料表明，采用質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因素的影響，并且與構筑物的破壞特征的相關性更好。

當結構物受到地震波的振動作用時，應變ε與質點振動速度V和波速C之間的關系為：

根據結構物的彈性力學關系:

ε =V/C ，可得到極限條件下的應力xΣ與極限振速xΣ之間的關系為：

由此可見，爆破地震波作用在結構物上產生的應力與質點振動的速度成正比，這表明質點振動速度是一個判別結構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——質點最大允許速度,我國《爆破安全規程》已規定，cm/s；

K，α——與地形地質條件有關的系數和指數,可參考類似工程或由試驗確定;

Q——等效藥量,kg;

m——裝藥指數,一般取1/3。

3.現場應用

3.1 車站概況

重慶地鐵某車站地處金龍路與松樹橋之間，紅石路南側地下呈東西向布置，車站北側為多、高層商住建筑，均為鋼筋混凝土結構房屋，南側為花卉園人工湖，南側出入口及風井在公園范圍內，且管線眾多。車站設計里程為AK22＋371～AK22＋551，總長180m。車站及區間隧道圍巖級別為IV級，基巖巖性主要為中等風化的砂質泥巖與砂巖互層，巖體較完整。

3.2 爆破監測點布置

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，爆破震動影響較小；北面為三棟高層鋼筋混凝土建筑，距離車站較近，作為爆破震動監測的重點對象。根據現場實際情況，爆破震動監測點布置與建筑物A、B、C靠近車站端的樓腳，布置探頭的進行監測，隨著車站爆破斷面的前進，爆破震動監測布置點也隨著前進，確保需要保護的鋼筋混凝土建構筑物與最近的爆破點距離為最小，確保測出的數據真實、可靠。

3.3 監測數據

通過對爆破震動的監測，得出大量數據發現，爆破震動產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點最大振動速度，來確定爆破是否對建筑產生損害。表1某次爆破參數。

表1 爆破震動記錄表

對地鐵車站爆破振動一段時間的監測，其垂直分量最大到達了2.4cm/s，小于5cm/s的國家安全規范，而且在施工工程并未發現因爆破出現的房屋出現列橫和受損的情況，并且根據監測數據的及時反饋，調整用藥量的大小，能有效提高施工效率和安全施工。

4.結論

4.1 通過對爆破產生地震波的分析，得出質點振動速度是一個判別結構物安全與否的重要物理量，采用測量質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 爆破現場采用UBOX5016爆破監測儀能有效采集到建筑附近的 質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。

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TU

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.018