远程测振系统在群楼拆除爆破振动监测中的应用

徐 洋，谢全民，梅 比，贾永胜，姚颖康

(1.黑龙江省公安厅治安管理总队，哈尔滨 150000；2.陆军工程大学军械士官学校，武汉 430075；3.中国矿业大学(北京)力学与建筑学院，北京 100083；4. 江汉大学，武汉 430056)

在爆破危害效应中，爆破振动由于其破坏力强，控制难度大，因此成为长期困扰着爆破施工单位及公安主管部门的难题。为确保爆破施工安全，《爆破安全规程》(GB 6722-2014)[1]明确要求“D级以上爆破工程均需进行爆破振动监测”。因此，国内外多家单位对监测爆破振动的数字爆破测振系统开展了广泛研究。如加拿大Instantel公司研制了Blast mate III型振动检测仪，美国生产了MINI-SEIS测振仪；2008年起西南交通大学岩土创新团队，在国内率先研发了L20型全自动爆破测振仪，2010年原解放军理工大学工程兵学院搭建了一种爆破振动预报与控制平台，2011年6月中科测控公司研制了TC-4850低频宽带爆破测振仪，2011年华南理工大学研发了基于网格技术的远程智能化监测系统，长江科学院于2012年建立了基于物联网+无线网络技术的无线爆破振动监测系统，2012年铁道部科学研究院提出了基于TC-4850N无线网络测振仪的远程爆破振动监测系统，托普测控科技有限公司构建了基于3G无线网络的工程爆破遥测系统，成都泰测科技有限公司自主研发了Blast系列爆破测振仪，广州中爆数字信息科技股份有限公司2012年起研发了面向爆破振动监测的远程测振系统，实现设备校核-数据采集-网络实时传输-信号精细处理-报告自动编写[2]。由此可见，数字爆破测振系统及仪器呈现出百花齐放态势，而且数字爆破测振技术在工程爆破领域也得到了越来越广泛的应用，这为各级公安主管部门实现爆破工程危害效应远程实时监管提供了方便。

2017年1月，在汉口滨江商务区一次性爆破拆除19栋群楼，创造了国内外城区内群楼拆除爆破规模的新纪录。为确保本次拆除爆破安全，公安主管部门在审批爆破方案时明确要求，必须采用控制爆破的方法，同时加强此次拆除爆破产生危害效应的实时监测。本次群楼拆除爆破使用的是广州中爆数字公司研发的远程测振系统，对群楼拆除爆破过程中产生的爆破振动及塌落振动进行了实时监测。因此以该远程测振系统测试本次拆除爆破群楼的实践为例，探索数字爆破测振系统在工程爆破危害效应实时监测中的使用效果。

1 远程测振系统

广州中爆数字公司开发的远程测振系统，以工程爆破云计算中心为基础平台，以测振专家系统和数据库为技术支撑，以网络测振仪、瞬态校准仪为外部配套设备，为爆破振动实时测试、数据处理和服务用户实现数字化、实时化提供了条件，填补了国内爆破振动实时测试和云计算处理的空白，具有国际领先水平。

远程测振系统主要功能有测振仪器设备管理、工程项目信息管理、测振数据分析、安全评估等功能模块(见图1)。

图1 功能选择窗口Fig.1 Function selection window

远程测振系统中的网络测振仪(见图2)基于一体化设计思路，内置了振动速度传感器，在国内率先将速度传感器、测振主机以及电源进行了有机整合。在数据安全性方面利用数据加密技术，确保测振仪采集到的质点振动数据与测振任务信息进行绑定。数据加密技术的应用，使得测振人员无法通过计算机人为修改测振数据结果，充分保证了测振数据的客观性和准确性。网络测振仪中的测振平板电脑可同时搭载多个(最多256个)测振子机，能够实时读取和分析测振数据。各测振子机可通过无线路由器与测振平板之间进行数据连接。在爆破振动监测过程中，测振子机采集到的数据可保存在本机内，或通过4G网络，将爆破振动测试数据实时发送到工程爆破云计算中心；在无4G网络的情况下，可通过无线路由器将测振数据传输至测振平板中，待有4G网络时再将测振数据传输至工程爆破云计算中心，这样就可为爆破施工单位、爆破监理单位以及公安主管部门等提供精准的爆破振动原始数据，杜绝了传统测振设备在爆破危害效应监测工作中可能存在人为修改数据的问题。

图2 网络测振仪Fig.2 Network measurement vibration instrument

爆破企业可通过http://www.cbrvc.cn进入远程测振系统进行用户注册，对企业用户信息、测振人员信息及测振仪器设备等信息进行登记备案[3-4]。爆破施工单位、爆破监理单位、公安主管部门均可通过远程测振系统查阅工程项目的爆破振动信息、监测质点的振动响应数据以及爆破安全的评估结果；爆破测振专家可利用 “数据文件分析”模块，进行爆破振动测试信号的细节特征分析，并编制测振报告；企业用户可向测振专家申请爆破测振报告。

2 远程测振系统应用

2.1 工程概况

汉口滨江商务区19栋群楼地处湖北省武汉市解放大道头道街至二七路段，属于繁华闹市区，紧邻解放大道和轻轨交通一号线，周围有住宅区、小学、人行天桥、地铁站、变电站及京汉铁路总工会等，周边环境较为复杂(见图3)，对爆破振动及塌落振动危害效应控制要求较高。

图3 周边环境Fig.3 Surrounding environment

2.2 测点选择

经业主方要求及现场踏勘，待拆群楼周边需重点保护的有：①5～7号楼西偏北侧的轻轨站；②京汉铁路总工会遗址；③9号楼正南方50 m处的变电站。为此，设置测点15个(见图4)。

2.3 测点布置与埋设

安装前应严格按照文献[3]所述的要求对传感器进行检验，各项指标合格后方可用于埋设安装。测点是按照选取硬质地面，建(构)筑物的受力点底部和距离爆破区域最近点的原则进行布置。传感器要与基面紧密联接，使用石膏粉进行传感器的粘贴，保证传感器与地基或构件牢固粘接。为准确取得监测结果，安装传感器时应注意避免碰撞传感器。

注：①～③为变电站监测点；④～⑥为待拆楼房正对面轻轨站桥墩地面监测点；⑦～⑧为轻轨站二层大厅监测点；⑨为轻轨站三层站台监测点；⑩～为京汉铁路工会监测点，这6个测点布置在一条直线上，可检测此次爆破振动的衰减规律。图4 测点布置Fig.4 Layout of measuring points

2.4 测试结果及数据分析

采用远程测振系统监测得到本次群楼拆除爆破振动数据如表1所示。实测数据表明，此楼群拆除爆破时爆破振动产生的质点峰值振动速度在0.419 0～5.181 3 cm/s之间，主频在2.746 6～5.378 7 Hz之间。轻轨桥墩基础振速为0.466 0～4.487 6 cm/s，主振频率为2.861 0～5.351 0 Hz；轻轨站二层大厅安检区域振速为0.419 0～1.640 6 cm/s，主振频率为2.918 2～5.378 7 Hz；轻轨站三层站台振速为0.495 2～1.720 9 cm/s，主振频率为3.805 2～4.177 1 Hz；变电站振速为0.615 6～2.553 4 cm/s，主振频率为2.861 0～3.528 4 Hz；京汉铁路工会旧址振速为0.452 7～2.367 0 cm/s，主振频率为2.746 6～4.835 1 Hz。

测试数据分析表明，本次群楼拆除爆破工程产生的爆破振动及塌落振动危害效应，都控制在《爆破安全规程》(GB 6722-2014)[1]要求的安全阈值范围内。公安主管部门可通过远程测振系统实时查阅该群楼拆除爆破工程项目的振动危害效应，大大提升了爆破工程项目监管的数字化、智能化和信息化程度。

表1 拆除爆破振动信号测试结果

注：x方向为水平径向，y方向为水平切向，z方向为垂直向。

采用远程测振系统监测得到本次群楼拆除工程中1#、2#、3#测点垂直方向的爆破振动时程如图5所示。从测试系统所记录波形来看，此次拆除爆破产生的地面振动的振幅，具有脉冲型高峰值、次大峰值多次出现的特点；各测点记录到的地面有效振动持续时间在15 s 左右。另外，4#～15#测点得到的爆破振动时程，可以登录远程测振系统进行查看和数据分析。

图5 爆破振动速度波形Fig.5 Waveform of blasting vibration velocity

3 结语

1)爆破后经勘查，重点保护目标9号楼正南方50 m处变电站，5～7号楼西偏、北侧轻轨站及京汉铁路总工会旧址均完好无损。这是因为此次19栋楼房拆除爆破爆破振动产生的最大质点振动速度为5.181 3 cm/s；轻轨桥墩基础的最大质点振动速度为4.487 6 cm/s，轻轨站二层大厅安检区域的最大质点振动速度为1.640 6 cm/s，轻轨站三层站台的最大质点振动速度为1.720 9 cm/s；变电站的最大质点振动速度为2.553 4 cm/s；京汉铁路工会旧址的最大质点振动速度为2.367 0 cm/s，都控制在《爆破安全规程》(GB 6722-2014)[1]要求的安全阈值范围内。

2)实际应用表明，远程测振系统是中国数字爆破发展的产物，智能化及技术水平处于国内外领先水平。通过远程测振软、硬件体系，实现了爆破测振数据自动记录、远程传输和数据精细处理，可推动爆破测振行业跨入新纪元。

3) 远程测振系统有效地促进了管理部门对城区范围内复杂工况下爆破工程项目的爆破安全管理；该系统对规范国内爆破振动测试，提升测振数据的准确性具有重要价值；为公安主管部门加强爆破振动危害效应的实时监管，提高爆破安全管理提供了有效的技术手段。