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        爆破振動自動化監(jiān)測在地鐵施工中的應(yīng)用研究

        2023-11-06 12:39:38楊東仁
        工程建設(shè)與設(shè)計 2023年19期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測數(shù)據(jù)建筑物隧道

        楊東仁

        (上??辈煸O(shè)計研究院(集團)有限公司青島分公司,山東 青島 266000)

        1 引言

        隨著國內(nèi)經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,城市交通壓力越來越繁重,為緩解地面交通壓力,我國開拓地下空間,大力發(fā)展地鐵建設(shè)項目。城市地鐵隧道具有埋藏淺、地表建筑物密集的特點,采用鉆爆法進行施工時,爆破振動會對鄰近建筑物的結(jié)構(gòu)安全及附近居民的正常生產(chǎn)生活造成負面影響[1],尤其要考慮爆破施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生的振動影響[2-5]。

        鉆爆法是硬巖地區(qū)地鐵隧道開挖的主要施工方法之一。青島地鐵穿越的地層大部分以硬巖地層為主,沿線地面大多是繁華的居民區(qū)和商業(yè)區(qū),人口稠密,地面建筑物密集,加之地鐵隧道埋深較小,在16~25 m,因而施工爆破所產(chǎn)生的沖擊波超壓、爆破噪聲和地面振動等次生效應(yīng)會對周圍的建筑物、設(shè)施及人員造成不同程度和范圍的影響,其中對城市環(huán)境影響最為顯著的是爆破振動效應(yīng),尤其是地鐵施工穿越密集建筑群和人群,對爆破的控制要求會很高,因此,需要一種智能的爆破振動監(jiān)測手段和管理手段,隨時掌控爆破動態(tài),更為準(zhǔn)確地實現(xiàn)振動的測量與分析[6]。

        2 工程概況

        青島市地鐵某線路為青島市主城區(qū)東西向的骨干線,連接了市南區(qū)、市北區(qū)、嶗山區(qū),線路總體呈東西走向,從青島城區(qū)的中部東西向連接老城區(qū)、東部新區(qū)以及嶗山區(qū)沙子口鎮(zhèn),未來將成為青島市民重要的地鐵交通路線。

        全線設(shè)多處暗挖車站、礦山法導(dǎo)洞。地鐵車站長度通常在150~200 m,多設(shè)在強風(fēng)化-中風(fēng)化花崗巖中,底板坐落在中風(fēng)化-微風(fēng)化花崗巖中,穩(wěn)定性較強。因圍巖等級為Ⅱ~Ⅲ級,圍巖等級好,開挖難度大,故采用鉆爆法進行開挖施工。周邊建筑物、管線等密集,錯綜復(fù)雜,且距離車站較近,爆破施工控制不當(dāng)將對周邊建(構(gòu))物產(chǎn)生巨大影響,造成建(構(gòu))物開裂、滲漏等情況。

        青島市地貌類型按成因主要為構(gòu)造-剝蝕區(qū)、山麓斜坡堆積區(qū)及河流侵蝕堆積區(qū),地下水類型主要為第四系孔隙水及基巖裂隙水,第四系孔隙水又分為上層滯水、潛水和承壓水。圖1 為工程地質(zhì)剖面圖。

        圖1 青島市地鐵某線路工程地質(zhì)剖面圖

        3 監(jiān)測實施

        3.1 測點布設(shè)

        爆破施工影響50 m 范圍內(nèi)的所有建(構(gòu))筑物需進行爆破振動監(jiān)測。

        爆破振動測點應(yīng)布置在所需監(jiān)測的地表、建筑物結(jié)構(gòu)支撐柱上、隧道側(cè)壁上。安裝傳感器時必須安裝穩(wěn)固,避免質(zhì)點的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生失真現(xiàn)象,一般采用玻璃膠進行固定。

        爆破振動監(jiān)測采用爆破振動自動化監(jiān)測,監(jiān)測點選取原則為“最近原則”“最弱原則”和“重點原則”。

        3.2 監(jiān)測方案

        爆破振動自動化監(jiān)測采用TC-6850 網(wǎng)絡(luò)測振儀(見圖2),儀器采用最先進的智能化傳感器,自帶WiFi/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)。

        圖2 TC-6850 型爆破測振儀

        當(dāng)爆破發(fā)生時,系統(tǒng)會自動記錄爆破振動信號的動態(tài)波形,將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲,測試人員在遠離震源現(xiàn)場處通過終端測控軟件,即可將數(shù)據(jù)文件傳回本地進行操作分析,并實時監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。

        與爆破振動人工監(jiān)測對比,自動化爆破振動監(jiān)測的優(yōu)勢:

        1)傳感器和主機集成一體,體積小,便于攜帶,易安裝;

        2)內(nèi)置WiFi/4G/3G 通信模塊;連接網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸、遠程監(jiān)控管理,實時生成監(jiān)測報告,方便隨時查看;

        3)供電方式采用太陽能供電或由就近位置接電口直接供電;

        4)可以實現(xiàn)無人值守,減少人力物力的投入;

        5)可以實現(xiàn)長期監(jiān)測,減少經(jīng)常拆卸給儀器帶來的損傷。

        爆破自動化硬件主要包括兩大部分:儀器主體部分和儀器供電部分。

        儀器主體:由TC-6850 型爆破測振儀,路由器(內(nèi)置通信卡,提供4G 信號)組成;供電系統(tǒng):由太陽能電板,蓄電池,控制器組成。爆破自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸組成部分如圖3 所示。

        圖3 爆破自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸組成部分

        4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        4.1 相同位置下的監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

        為了驗證傳統(tǒng)爆破振動監(jiān)測(TC-4850)與自動化爆破振動監(jiān)測(TC-6850)數(shù)據(jù)的差異性,結(jié)合青島地鐵某線路在建項目,進行爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析。

        試驗使用3 臺儀器在3 個爆破工點車站D、車站E 及區(qū)間F 進行了同等條件自動化監(jiān)測、施工方監(jiān)測和第三方監(jiān)測下的3 方數(shù)據(jù)對比試驗。傳感器分別為自動化監(jiān)測的TC-6850(傳感器A)和兩臺傳統(tǒng)監(jiān)測的TC-4850(傳感器B1、B2)。3 臺傳感器均使用石膏粘接在爆破附近的地面上(見圖4),可近似認為三者處在同一環(huán)境的同一位置。

        圖4 相同位置下爆破監(jiān)測測試試驗

        根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測,得出如表1 所示數(shù)據(jù)。如圖5 所示,通過相同位置下的爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn),在相同位置條件下,兩種監(jiān)測手段的監(jiān)測數(shù)據(jù)相差不大,最大相差0.11 cm/s,但傳統(tǒng)爆破監(jiān)測需要連接主機才能讀取數(shù)據(jù),自動化爆破監(jiān)測實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連接,當(dāng)爆破發(fā)生后,數(shù)據(jù)同步到平臺,直接生成數(shù)據(jù)和爆破振速波形圖。

        表1 相同位置下爆破監(jiān)測測試試驗數(shù)據(jù)對比cm/s

        圖5 相同位置下爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析圖

        4.2 不同位置下的監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

        線路區(qū)間側(cè)穿一棟小區(qū)住宅樓L,該處隧道埋深約25 m,距離住宅樓水平距離約42 m,隧道采用爆破開挖,考慮爆破對周邊環(huán)境的影響,進行了傳統(tǒng)爆破和自動化爆破監(jiān)測,測點分別布設(shè)在一樓樓道內(nèi),傳統(tǒng)爆破監(jiān)測點使用石膏粘接在一層地面上,自動化爆破監(jiān)測點固定在一層承重結(jié)構(gòu)上。

        選取該隧道開挖期間某個月內(nèi)15 次的爆破數(shù)據(jù),對兩種爆破監(jiān)測手段得到的數(shù)據(jù)進行對比分析,得到以下分析結(jié)果(見表2 和圖6)。

        表2 線路區(qū)間住宅樓L自動化監(jiān)測與傳統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析表

        圖6 不同位置下爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析圖

        通過不同位置條件下的爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn),在不同位置條件下,監(jiān)測數(shù)據(jù)存在較大的差異,最大相差0.48 cm/s,主要原因是自動化監(jiān)測系統(tǒng)TC-6850 固定在建筑物沉重結(jié)構(gòu)上,本身就比較穩(wěn)固,且墻體受到周邊振動環(huán)境的影響較小,能夠較為準(zhǔn)確地反映建筑物的振動速率;而固定在地面的TC-4850,受到周邊環(huán)境振動的影響較大,且采用石膏固定在地面上,存在一定的人為因素,對建筑物的振動速率反應(yīng)有一定的誤差。在相同的監(jiān)測環(huán)境下,傳統(tǒng)爆破監(jiān)測未觸發(fā)率達到了46.67%,而自動化爆破監(jiān)測均能正常觸發(fā)。

        5 結(jié)論

        1)傳統(tǒng)爆破需要投入人工和設(shè)備,成本較高;測點的反復(fù)拆裝,受安裝位置的限制,造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低,而自動化爆破系統(tǒng),避免了反復(fù)拆裝,位置也可以隨便選取,固定也更加牢固,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率高。

        2)通過與傳統(tǒng)爆破監(jiān)測的對比,自動化監(jiān)測系統(tǒng)更穩(wěn)定,數(shù)據(jù)也更接近真實性,更加適應(yīng)在地鐵工程中應(yīng)用。

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