老龙山隧道钻爆施工振动检测方案
一、编制依据及范围
1．编制依据
（1）省道205线绵阳绕城段改线建设工程（游仙区段）二期工程结构施工图及设计说明；
（2）现场勘察及相关咨询的分析；
（3）本工程设计、施工及管理的依据和有关法律法规：
①《爆破安全规程》(GB 6722-2014)；
②《公路隧道施工技术规范》(GB 10204)；
③《中华人民共和国环境保护法》；
（4）与本工程有关的技术规范及质量验收标准。
（5）相关同类工程资料。
2. 编制范围
省道205线绵阳绕城段改线建设工程（游仙区段）二期工程老龙山隧道（ZK41+340～ZK42+545,长1205m）的钻爆施工。
二、工程概况
1.老龙山隧道概述
老龙山隧道位于绵阳市游仙区游仙镇游仙村，为一座上、下行分离的四车道一级公路长隧道。隧道左线 ZK41+340～ZK42+545,长1205m，隧道平面起点至 ZK41+709.767位于 R=1700m左偏圆曲线，ZK41+709.767～ZK42+149.740位于直线段，ZK42+149.740 至终点位于 R=2200m右偏圆曲线，隧道纵坡-2.6%。隧道右线为 YK41+350～YK42+555，长 1205m。平面起点至 K41+755.052 位于 R=1550m 左偏圆曲线，K41+755.052～K42+284.276 位于直线段，K42+284.276 至终点位于 R=4500m 右偏圆曲线，隧道纵坡-2.6%。
左右线隧道净距，起点端 K41+350～K41+510，净距11.8m～20m；洞身段K41+510～K42+420，净距20m～32m；K42+420～K42+545，净距 20m～9m。隧道最大埋深约 80m，隧道出口左右线均采用削竹式洞门。隧道内设置 2 处行人横洞和1处行车横洞。
本工程拟定采用双向掘进的钻爆施工，由于隧道进口、出口及上部附近有公用和民用建(构)筑物，爆破施工诱发的振动将对周边建(构)筑物和环境产生不同程度的影响和破坏，因此在爆破作业时应对爆破振动进行监控，将爆破活动引发的振动危害严格控制在允许的范围内。
2.老龙山隧道与邻近建筑(构)物的位置关系
经2017年11月21日现场踏勘表明，老龙山隧道钻爆施工振动影响主要集中在隧道进口、出口和上部三个区域，老龙山隧道与邻近建筑(构)物的位置关系详见附件1《老龙山隧道现场调查图》。
2.1.老龙山隧道进口房屋关系统计表
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距隧道的距离（m）
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房屋类型
|
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267
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二层砖房
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|
76
|
二层砖房
|
|
58
|
二层砖房
|
|
42
|
三层砖房
|
|
154
|
二层砖房
|
|
201
|
二层砖房
|
2.2老龙山隧道上部房屋关系统计表
|
序号
序号
|
距隧道的距离（m）
|
房屋类型
|
|
7
|
112
|
二层砖房
|
|
8
|
153
|
二层砖房
|
|
9
|
103
|
二层砖房
|
|
10
|
54
|
二层砖房
|
|
11
|
85
|
二层砖房
|
|
12
|
80
|
土坯房
|
|
13
|
（106、73、96）
|
龙腾山庄
|
|
14
|
84
|
驾校训练场
|
|
15
|
165
|
二层砖房
|
|
16
|
208
|
三层砖房
|
|
17
|
189
|
二层砖房
|
|
18
|
86
|
二层砖房
|
|
19
|
92
|
绵阳智慧城科技有限公司
|
|
20
|
112
|
雷圣电疗绵阳健康中心
|
|
21
|
124
|
黄氏山庄
|
2.3老龙山隧道出口房屋关系统计表
|
序号
|
距隧道的距离（m）
|
房屋类型
|
|
25
|
128
|
昌俊液化气站
|
|
26
|
170
|
游仙区救助站
|
|
27
|
160
|
安置小区、民房
|
|
28
|
200
|
兴发钢材市场、民房
|
|
29
|
260
|
居住小区（50栋）
|
|
30
|
1300
|
九院军事科研基地（隧道进口）
|
三、监测方案
1. 监测目的
本工程为山体内隧道爆破开挖，但在隧道进口、出口及上部附近有公用和民用建(构)筑物，其爆破诱发的振动将对周边建(构)筑物和环境产生不同程度的影响和破坏。尤其是隧道进口个别房屋距爆破作业点50多米,在进口或出口钻爆施工前50m因爆破环境较为复杂，在爆破作业时应对其爆破安全性进行校核和有效的控制，因此爆破振动检测需实现如下目的：
（1）通过快速、准确检测质点振动强度，积累相关数据，为指导施工方案修正、限制和优化提供科学依据。
（2）通过爆破试验数据划定原隧道钻爆施工方案的影响范围，结合邻近建筑物的类型和安全允许标准，验证原方案的可行性。
（3）对特定建筑物进行质点振动检测，以保证建筑物和运行设备的安全。严格将爆破及其他施工活动引发的振动危害控制在允许的范围内，对监测对象进行安全评价。
（4）对特定位置、可能引起民事纠纷的地段或建筑物进行质点振动检测，为工程验收和可能发生的司法程序提供依据。
2. 控制标准的选取
爆破测试主要包括两个方面的内容：一是研究爆破地震波的衰减规律，地质构造及地形条件对它的影响，地震波参数和爆破方式的关系；另一方面是研究建（构）筑物，对于爆破振动的响应特征，这一响应特征与爆破方式、构筑物结构特点的关系。就具体内容而言，爆破振动测试的内容包括：地表质点振动速度、振动位移、振动加速度测试；结构、建筑物的反应谱测试。根据《爆破安全规程》(GB 6722-2014)规定：建(构)筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率两个指标。一般建(构)筑物的爆破地震安全性应满足安全振动速度的要求，并对主要类型的建(构)筑物的安全质点振动速度有如下规定：
|
序号
|
保护对象类别
|
安全允许质点振动速度V,cm/s
|
|
f≤10Hz
|
10Hzf≤50Hz
|
f＞50 Hz
|
|
1
|
土窑洞、土坯房、石房屋
|
0.15～0.45
|
0.45～0.9
|
0.9～1.5
|
|
2
|
一般民用建筑物
|
1.5～2.0
|
2.0～2.5
|
2.5～3.0
|
|
3
|
工业和商业建筑物
|
2.5～3.5
|
3.5～4.5
|
4.2～5.0
|
|
1注1:表中质点振动速度为三分量中的最大值；振动频率为主振频率。
注2：频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取:硐室爆破f<20 Hz；露天深孔爆破f=10～60 Hz；露天浅孔爆破f=40～100 Hz；地下深孔爆破f=30～100 Hz；地下浅孔爆破f=60～300 Hz。
注3：爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。
|
同时，九院军事科研基地距老龙山隧道进口1300米，为了避免施工振动对九院科研基地的精密仪器造成影响，应九院要求，在其开展实验工作期间施工振动不高于1cm/s,非实验期间施工振动不高于2cm/s。因此本项目振动安全允许值如下：
（1）邻近钻爆破施工的砖混结构建筑物，参照上述中“一般民用建筑物”就低取值，即本项目振动安全允许速度值2 cm/s。
（2）邻近钻爆破施工的土坯结构建筑物，参照上述中“土窑洞、土坯房、石房屋”就低取值，即本项目振动安全允许速度值0.45cm/s。
（3）九院军事科研基地实验期间振动允许值1cm/s,非实验期间振动允许值2cm/s。
3. 检测方案概述
结合本工程的施工方案、现场踏勘资料及检测目的等因素，拟定爆破试验、类比试验和过程检测相结合的测试方案，具体如下：
(1) 爆破试验
通过现场环境勘查，拟选定老龙山隧道进口处进行两次爆破试验，爆破试验应在正常钻爆作业前进行，且两次爆破试验选用的单响最大装药量应为原爆破设计方案中最大装药量的60%和80%为宜，通过检测结果掌握该爆区内爆破振速、齐发药量、距离三者关系，预测和验证爆破方案的可行性；
(2) 类比试验
类比试验是一种常见的爆破振动预测手段，适用于岩性变化不大的区域，选择类似的振动传播介质，使用相同的施工参数，通过实测振动数据来预测未来施工振动影响范围和程度，严格将爆破活动引发的振动危害控制在允许的范围内。
(3) 过程检测
过程监控应贯穿整个隧道钻爆破施工过程，即在施工过程中对已划定的安全距离范围内的建筑物进行持续振动检测，严格将爆破活动引发的振动危害控制在允许的范围内，并对监测对象进行安全评价。
4. 检测实施
4.1爆破试验
根据M.A.萨道夫斯基地震动最大速度经验公式估算振动速度，是进行爆破振动控制的重要依据，由于公式中的K和α值与场地地质、地形条件等因素有关，不同的地质、地形条件具有不同的K、α值，因此必须实地测定K、α值。
(1) 测点布置
爆破试验应安排在老龙山隧道进口正常施工前，分别以爆心为起点，过九院军事基地的延长线上，以近密远疏的方式布置6个三矢量速度传感器（各监测点与点宜在同一高程），若现场条件允许，在保证设备安全的前提下，各测点与作业点的距离可设定为10 m、40 m、80 m、160 m、320m、400m或根据现场场地条件调整。而传感器的布置见图2：
图2：振动参数测试测点布置图
爆破试验测点布设图
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测点号
|
距作业点的距离（m）
|
备注
|
|
1
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20
|
试验测点
|
|
2
|
40
|
试验测点
|
|
3
|
80
|
试验测点
|
|
4
|
160
|
试验测点
|
|
5
|
320
|
试验测点
|
|
6
|
400
|
试验测点
|
|
7
|
42
|
三层砖混房屋（结论验证点）
|
|
8
|
1300
|
九院指定测点（结论验证点）
|
|
9
|
1300
|
九院指定测点（结论验证点）
|
(2) 传感器安装
在前2小时，按预定的位置及要求安装三矢量速度传感器，其中Z方向铅直，X方向指向爆源为水平径向，Y方向为水平切向。对监测点进行编号，测量并记录震源中心及传感器的位置与高程。
(3) 仪器连接与调试
在前30分种，将采集仪连接各传感器，记录传感器和采集仪编号，设置参数，选择合适的开门阀值（宜为预测最大幅值的20%且不低于0.2cm/s，防止频繁误触发），确认仪器连接、调试完好，使用保护罩盖在仪器和传感器上，加以保护。人员在现场警戒前撤到安全区域。
(4) 现场测试
当爆破产生的振动超过仪器设定的开门阀值，则开始记录振动信号。警戒解除后，工作人员进入现场收拾仪器、传感器与连接线。清除粘结在地表的石膏，收拾现场工作垃圾。
(5) 资料整理
检测人员填写《爆破振动检测原始记录表》，通过U盘导出已存储的振动数据，使用振动分析软件对波形进行分析处理，分别读取竖向、水平径向和水平切向的振动峰值、峰值主频、主振持续时间等参数。必要时，对三分量振动数据进行矢量和运算，得到合成最大振幅。
(6) 计算K、α值
振动衰减规律与场地地质、地形条件等因素有关，根据位于直线上的各振动监测点振动幅值变化可以计算表征振动衰减规律的K、α值，计算方法一般采用最小二乘法进行回归分析计算。
根据萨道夫斯基公式：
上式为一元线性回归方程，k、α为回归方程的回归系数。
根据最小二乘法，将各监测点的质点振动速度值及齐爆药量Q、爆心距分别代入上式，进行回归分析计算，得到该地质与地形条件下的K和α值。必要时，可分别计算竖向、水平径向和水平切向质点振动参数K和α值。
4.2.类比试验和过程控制
根据《爆破安全规程》（GB 6722-2014）的规定，爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量，并采用三个分量中幅值最大值来进行安全允许评价。
(1) 测点布设
类比试验的测点应布设在隧道进口上方，且距爆破作业点的距离分别为54m、73m、80m、84m、85m、86m（选取上部建筑物距未来作业点最近的六个点），测点应该布置于基岩上且坡度不大于5°，具体测点如下：
|
测点号
|
距作业点的距离（m）
|
备注
|
|
1
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54
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隧道上部分类比测点
|
|
2
|
85
|
隧道上部分类比测点
|
|
3
|
84
|
隧道上部分类比测点
|
|
4
|
86
|
隧道上部分类比测点
|
|
5
|
92
|
隧道上部分类比测点
|
|
6
|
73
|
隧道上部分类比测点
|
|
7
|
42
|
隧道上部分三层砖混房屋
|
|
8
|
1300
|
隧道上部分九院指定测点
|
|
9
|
1300
|
隧道上部分九院指定测点
|
过程监控需贯穿整个钻爆施工过程，测点应布设在爆破安全距离范围内，靠近爆源区的建（构）筑物部位，且能够全面的反映各个监测区域振动影响情况，本项目需在老龙山隧道进、出口及上部三个区域内布设2-3个测点，在实际监测中根据现场爆破作业点距建（构）物距离的变化进行调整，传感器的安装见图3：
图3：振动监测点布置图
(2) 传感器安装
在前2小时，按预定的位置及要求安装三矢量速度传感器，其中Z方向铅直，X方向指向爆源为水平径向，Y方向为水平切向。对监测点进行编号，测量并记录震源中心及传感器的位置与高程。
(3) 仪器连接与调试
在前30分种，将采集仪连接各传感器，记录传感器和采集仪编号，设置参数，选择合适的开门阀值（宜为预测最大幅值的20%且不低于0.2cm/s，防止频繁误触发），确认仪器连接、调试完好，使用保护罩盖在仪器和传感器上，加以保护。人员在现场警戒前撤到安全区域。特别对于二滩厂房、大坝及进水口的振动监测，应反复调试开门阀值，以确保接收有效信号。
(4) 现场测试
当爆破产生的振动超过仪器设定的开门阀值，开始记录振动信号。警戒解除后，工作人员进入现场收拾仪器、传感器与连接线。清除粘结在地表的石膏，收拾现场工作垃圾。
(5) 资料整理
检测人员填写《爆破振动检测原始记录表》，通过U盘导出已存储的振动数据，使用振动分析软件对波形进行分析处理，分别读取竖向、水平径向和水平切向的振动峰值、峰值主频、主振持续时间等参数。必要时，对三分量振动数据进行矢量和运算，得到合成最大振幅。
(6) 振动影响评价
根据各监测点监测对象的性质、龄期，对照选定的振动控制标准，结合实测振动幅值进行评价。若监测点任一方向的实测最大质点振动速度超过相应的振动控制标准，则质点振动速度超限，可能或已经对所监测的对象造成损伤或破坏；若监测点所有方向的实测最大质点振动速度均小于相应的控制标准，则表明监测对象不会受到振动损伤，是安全的。若实测振动幅值超限，应对监测对象进行宏观调查，观察监测对象是否出现细微裂缝、起鼓等损伤现象，必要时可利用声波检测等手段对振动影响程度进行评价。若合成最大质点振动速度超限，也应引起重视，并结合现场宏观检查结果进行综合评断。
5.监测频率及周期
老龙山隧道工程爆破振动检测工作应贯穿于整个隧道的控爆开挖施工全过程。监测频率根据爆破施工作业而定；
当出现工程事故或其它因素造成监测项目变化或监测数据接近预警值时应及时通知建设单位，并根据其要求进行加密观测；出现事故征兆时应进行连续监测并立即通知相关单位。
6.监测数据反馈流程
监测数据反馈流程如图4
图4;监测数据反馈流程示意图
7.异常情况处理措施
若被监测对象的质点振动速度超过上述规定的范围，应及时向工地有关各方报告。若出现险情，监测单位首先应在2小时内（下一次爆破施工前）用电话口头报告，然后再作书面报告签字确认。应采取相应措施修正爆破方案，并加强被监测对象的其它监测手段，确保其安全。爆破方案修正措施包括：控制最大单响药量、选用低爆速低威力的炸药、创造自由面、控制开挖循环进尺、采用多段微差起爆技术、调整爆破传爆方向、开挖减震沟、采用预裂爆破方法等。这些措施可多种同时采用，确保安全施工。如通过修正爆破方案后依然接近限值甚至高于限值，隧道施工开挖方法应由爆破开挖降为微振控制爆破施工，微振控制爆破施工降为非爆破开挖。
8.个别质点振速过大和振动波形失真分析及应急处置
爆破监测过程中可能出现个别质点振动速度过大或振动波形失真的情况，造成振速过大的主要原因和应急处置为：
一是导爆管雷管未隔段使用，爆破后振动峰值进行叠加引起振速增大，应及时通知业主和各管理方；
二是个别段别装药量超标，未严格按钻爆设计装药量进行，应及时通知业主和各管理方；
三是监测点螺栓松动、监测螺栓与拾振器接触不良以及振动测试仪系统参数改变等，应取得铁路部门允许，进隧道应急检查仪器，若是仪器损坏，更换仪器，使用备用仪器。
9.监测各工序质量控制措施
（1）房屋观察：具有丰富的炮损监测经验并经过相关培训；观察之前应明确巡视时需要观察的对象和内容，准备好相关的记录表格及所需的设备(如相机等)；在房屋观察巡视实施时与施工人员、监理人员保持密切联系，在关键的施工环节加强洞内观察频率。
（2）隧道爆破振动速度监测：通过新建隧道施工过程中不同围岩级别、工法、进尺、单段最大炸药量等条件下爆破振动对房屋的振动信息，及时反馈，指导优化。施工方法、调整开挖步序、修正支护参数等最大限度降低新建隧道施工对邻近建筑物的影响，并且使其影响控制在相关规范允许的范围内。
（3）现场记录：内容应填写齐全，字迹清楚，不得涂改、擦改和转抄；凡划改的数字和超限划去的成果，均应注明原因和重测结果所在的页数；电子记录要注意记录储存设备的电源更换，避免数据丢失；注意手工录入的数据复核和过程的检查。
10.监测成果及提交形式
(1) 按规定对测点进行观测后，依据监测工作的科学性、准确性、及时性的要求，对资料进行及时分析整理，并在观测后两天内提交有关报表。包括监测项目、允许值、报警值、数据分析、速度—时间曲线、以及监测结果评述。
(2) 爆破试验和类比试验完成后四天内提交阶段性成果报告，阶段性报告包括安全距离、安全药量及方案可行性意见等。
(3) 监测数据接近或超过报警值时，应及时向工地有关各方报告。若出现险情，监测单位首先应在2小时内用电话口头报告，然后再作书面报告签字确认。
(4) 整个监测工作结束后，提交监测总报告。内容包括：监测点布置平面图，监测说明，监测成果表，统计表，监测曲线，各施工阶段的监测数据，振动分析，结论等。
11.拟投入本项目设备仪器
|
序号
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设备名称
|
规格型号
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单位
|
数量
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|
1
|
GPS测量仪
|
宾得/LGN-200
|
套
|
2
|
|
2
|
爆破测振仪
|
交博/L20-S
|
台
|
9
|
|
3
|
爆破测振仪
|
交博/L20-N
|
台
|
2-3
|
|
4
|
数码照相机
|
索尼
|
台
|
2
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检测设备介绍：
交博爆破测振仪L20-S
是一款专为工程爆破设计的便携式振动检测仪，用于评定爆破施工引起的振动对邻近建筑物、设施设备的影响，为工程验收和可能发生的司法程序提供依据。该仪器具有成熟、稳定、易用、便携的特点，自2011年上市至今累积销售千余套，完成上万次的振动检测任务.
交博爆破测振仪L20-N
内置4G通信模块，在任何有手机网络的地方，可以将仪器采到的爆破振动数据与波形实时上传至专用服务器内，用户可在异地通过客户端查看数据和波形，监控仪器工作状态；仪器具有能耗低、耐久性优的特点，适合于桥梁、隧道等需要长期振动检测的场合。
四、监测流程及相关配合
1.工作流程图
图5;检测工作流程示意图
2.与相关单位的配合
爆破振动监测的特点是监测工作与爆破施工同步进行，监测工作进度与爆破工程施工互相影响，因此，需主动协调好与施工单位、业主、监理单位等方面的关系，尤其协调与爆破施工单位的关系，与其密切配合，优化监测工作。
我公司拟成立专门的信息联络组，负责与建设、监理、施工方沟通协调，其主要职能有：不断地收集施工实际进度的有关资料, 掌握施工现场的进度及工作安排，并及时调整我方的监测工作计划。将我方的监测成果及时报送建设方，并及时向建设、监理方通报监测工作中发现的异常情况。
附件1：《老龙山隧道现场调查图》
附件2：《观测数据记录》
现场监测必须做好监测记录，将收集到的爆破参数及拾振器和记录仪的型号、灵敏度、编号、测点号、对应位置等数据制成表格，记录表格格式见下表《爆破振动检测原始记录表》。
爆破振动检测原始记录表
爆破时间： 观测编号：
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工程名称
|
|
观测操作员
|
|
施工单位
|
|
|
|
观测单位
|
|
|
工程地点
|
|
|
爆破参数
|
孔径（mm）
|
|
孔深（m）
|
|
炮孔个数
|
|
|
掏槽孔装药量
（kg）
|
|
辅助孔装药量
（kg）
|
|
周边孔装药量
（kg）
|
|
|
雷管段别
|
|
最大段起爆药量（kg）
|
|
总装药量（kg）
|
|
|
仪器 设置 参数
|
测振仪型号
|
|
传感器型号
|
|
|
触发方式
|
|
触发电平
|
|
|
采样长度
|
|
采样速率
|
|
采样延时
|
|
|
观测结果
|
|
测点位置
|
爆区与测 点距离
（m）
|
传感器
|
测振仪
|
质点峰值 振动速度
（cm/s）
|
主频率
（Hz）
|
振动持 续时间
（ms）
|
|
编号
|
灵敏度
（mv/cm/s）
|
编号
|
量程
（mv）
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
说 明： 爆破参数和距离由施工方提供或填写。
|
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观测工程师评述 ：
签字： 日期：
|