振動監測

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振動監測范文第1篇

【關鍵詞】直升機；震動；HUMS；EC225

1.直升機振動形式

由于直升機設計及工作特性，轉動部件很多，不可避免地存在振動。振動來自各種活動件，槳葉、傳動機構、發動機、這些振動對機體結構產生應力，縮短部件的使用壽命，影響直升機的舒適程度，對安全威脅很大.本文主要分析來自于主槳及尾槳振動。

振動為一種快速的振蕩運動。這樣的振蕩運動可以表述為：如左下圖振動曲線，位移或振幅、頻率。直升機描述旋翼系統中的振動水平，常用振動頻率與旋翼旋轉速率相比較。每圈一振：在旋翼旋轉一周發生振動5個循環，也就是5R振動或者比率為5：1。

現代直升機通常使用了震動監控系統，可以采集到整機不同部位震動的頻譜。這對于分析全機震動很直觀。如右上圖，可以在不同的震動頻率看到振幅大小，不同頻率通常指向不同的部件，震動值的突變，常可以發現部件的功能損傷失效。

2.引起振動的原因

轉動部件的振動頻率一般與部件的轉動速度有關，而直升機上部件的轉動速度各不相同，因此振動頻率是識別振動來源主要指標。振動按頻率一般分三類：低頻振動，主要來自于主槳系統，中頻振動，主要來自于尾槳系統，高頻振動，主要來自于發動機和高速傳動軸，一些固定頻率的震動也指向特定轉動附件。根據振動的幅度大小，再輔助以轉動速度、飛行速度等其他因素，可以準確地找到振動的原因。

2.1低頻振動

對各種主槳系統來說，最常見的振動原因是槳葉錐體偏差。錐體是指直升機所有槳葉葉尖轉動軌跡都在一個平面內，首先應該在地面進行槳葉錐體的檢查，合格后，再進行懸停狀態的檢查。一般振動可以分為兩種形式：

垂直振動：是由于槳葉產生的升力不相等，即主槳錐體超標而引起，與飛行速度有直接關系，飛行速度越大，振動越大。如果振動發生在低速狀態下可以通過調節變距拉桿長度來減小振動；如果振動發生在高速度狀態下，調節槳葉調整片角度來減小振動值。頻率匹配器失效也可產生意外震動。

橫向振動：因主槳系統平衡超標而引起，與主槳轉速有直接關系。如果振動隨著旋翼轉速的增大而增加，是展向平衡超標，應該在輕的一端加配重，通常有重量平衡片或鉛沙。如果振動隨著轉速減小而增大，是弦向平衡超標引起槳葉后掠過大。頻率匹配器設定及相位不正確，也會產生橫向震動。

2.2中頻振動

尾槳轉速高，中頻振動一般由尾槳引起。尾槳出現缺陷，中頻振動值很可能超標。以下列舉一些常見起因： 尾槳組件不平衡、尾減速器傳動軸同軸度偏離設計值、 水平安定面連接點松動、 減速箱齒輪磨損。

2.3高頻振動

高頻振動是由高速運轉部件產生，如發動機，有一些傳動部件的轉速與發動機相同，如：自由輪、飛輪機構、連接發動機與主減速箱的輸入軸，進行高頻振動分析時，這些部件也應被考慮為潛在起因。

3.主槳錐體校正

“打錐體”的定義就是盡量使所有主槳葉片翼尖軌跡在轉動中處于同一平面上的過程。

錐體調整可以采用以下兩種方法中的一種，或者同時兩種：

地面錐體調整一般是通過調整變距桿的長度來實現。通常情況下的做法是將飛行控制系統以及變距桿恢復到其基準狀態下，重新進行錐體檢查。維護手冊中通常會給出每個變距桿調整量相對于翼尖軌跡的移動變化量。調整量的單位通常為“圈“，維護手冊還會注明變距桿伸長或縮短的最大允許長度。如下圖歐直EC225飛機旋翼給出的固定Δi值，就是轉動變距拉桿i/10圈，調整翼尖軌跡的同時還有調整了槳葉的攻角。經過這個粗調，翼尖旋轉軌跡基本在同一平面了。

飛行錐體通常通過調整固定安裝的調整片來實現，進行微小的錐體調整。主槳葉通常會有6到9片調整片，有二片是用來進行飛行錐體調整的，其它的都是不可調的，保持出廠時設定的狀態。維護手冊中會給出調整片的最大允許調整量，如EC225直升機最大調整量是正負7度。下圖所示，左面的槳葉當將調整片向下扳動調整后，將會使槳葉迎角變大；右面的槳葉當將調整片向上扳動調整后，槳葉迎角變小。

槳葉后緣調整片

使用“彎板器”和量角器對調整片進行調整。彎板器必須與需要進行調整的調整片尺寸長度是一致的，這樣調整時整個調整片都被扳動，而不會造成變形或裂紋。

4.尾槳葉錐體校正

應用于主槳葉錐體檢查中的方法也可以應用于尾槳葉錐體檢查中。尾槳葉片一般沒有槳葉后緣調整片，錐體調整一般通過改變變距桿長度來實現，通過調整置于偏心的重量調整片，也能達到一定效果。

5.機載震動監控系統

大型現代直升機加裝了直升機應用及監控系統（HUMS）。該系統是用來監控一些影響飛行安全的參數。其中的一部分就是探測及記錄槳葉、傳動機構和機體的振動水平。

圖示歐直EC225，有多達23個加速度計來探測傳動機構振動的幅度，頻率，方向。3個探測主槳；2探測尾槳，4個探測發動機上，另外有11個探測機體振動，主要探測各個減速器、傳動軸、滑油散熱風扇軸的震動。

飛行后的報告對分析振動很必要，數據通常包含（下轉第186頁）（上接第142頁）振動出現位置、振動的頻率、幅度、發生的階段、飛行速度等、有無直接后果等。下載機載CMDR上的數據至地面站分析，可以看到振動水平，與設定的閾值比較，?？梢园l現潛在的故障，可以大大節省排故時間，提高直升機維護的質量。如上圖0.25ips黃色的提示閾值，0.35ips的紅色警告閾值。一旦震動指標跨越了紅色警告區，必須仔細檢查飛機，判斷出失效部件，進行必要的維修處理。 [科]

【參考文獻】

[1]EUrocopterEC225MMAR24，2013，8.

振動監測范文第2篇

關鍵詞 軸振動 檢測點 傳感器

1引言

鼓風機是大型旋轉型工業設備，轉軸是其核心部件，由于轉速高，負荷大，是故障易發區。一旦發生故障，將危及設備和附近工作人員的安全，并造成整個生產流程的中斷，帶來巨大的經濟損失。

振動是轉軸故障的主要表現形式，在其故障發生初期，即可出現振動異常的情況。因此設置在線監測系統，對軸振動進行24小時監測，可及時發現故障，避免重大事故發生，減小事故危害性。

要保證監測系統的正常、高效的工作，檢測點的正確設置就顯得非常重要。選擇最佳的測量點，并選用合適的測振動的傳感器，才能夠獲取充足、可靠地設備運行狀態信息，對轉軸的運行狀態進行正確判斷。如果所得的檢測信號不真實、不典型，或不能客觀的、充分的顯示設備的實際狀態，那么整個監測系統的運行的可靠性將無法保證。

2振動的特征和測量部位

高爐鼓風機是大型旋轉型機械設備，它具有轉速高、轉速恒定、負荷相對平穩等特征，其轉軸的振動具有以下特征：1.機組軸系只有兩種轉速，即低速軸系的電動機轉速，和高速軸系的風機轉速，因此振動分析針對這兩個軸系即可；2.鼓風機是一種透平機械，它的工作介質為空氣，正常工作時載荷平穩，因此正常工作狀態下沖擊振動較少；3.鼓風機屬于大功率設備，設備龐大，因此機組發生故障時，振動會表現出極強的非線性特征，一些振動故障用線性分析理論難于解釋；4.鼓風機振動受高爐工況影響較大，高爐工況波動較大時，會造成風機機組劇烈振動，甚至引發設備故障；5.由于工作轉速在第一臨界轉速以上，當一些自激頻率接近機組固有頻率，會引起機組的自激振動。

轉軸的線性振動數學模型為：

式中 k —— 整個支座的剛度系數，N/m；

c —— 系統阻尼， N/（m/s）；

m —— 轉子質量，kg。

這是一個二階常系數線性非齊次微分方程，其解由通解和特解兩項組成，即：

式中 （1）為通解，對應衰減自由振動。

（2）為特解，對應穩態強迫振動。

衰減自由振動隨時間推移迅速消失，而強迫振動則不受阻尼影響，是一種振動頻率和激振力同頻的振動。

風機機組的振動頻率與轉軸轉動頻率的關系十分密切，因此轉動頻率是設備故障診斷中很重要的一個參數。機組發生故障時，根據振動頻率的高低，可以粗略地判斷出故障的部位。

能造成機組轉軸振動失穩的因素很多，如動壓軸承失穩、密封失穩、動靜摩擦失穩等，失穩具有突發性，往往會帶來嚴重危害。機組的穩定性在很大程度上決定于滑動軸承的剛度和阻尼。當系統具有正阻尼時，對振動具有抑制作用，振動會逐漸減弱；當系統具有負阻尼時，則具有激振作用；系統阻尼為零時，系統處于穩定臨界狀態。

為保證盡早發現故障跡象，盡量避免故障停機造成的經濟損失，必須正確選擇測量部位，以獲得客觀、真實、充分的檢測信息。

通過對風機系統的構成，工作特性的分析，故障易發區及故障表現形式的分析，可將風機轉軸、變速箱、電動機轉自轉軸確定為重點監測部位。

3測量點的確定

當設備發生故障時，其往往以一定的狀態表現出來，而這些狀態又包含在特定的信號中，對設備進行狀態監測主要是通過獲取這些信號然后進行分析，從而確定設備的故障。而要正確及時的獲取這些信息，必須通過安裝在測量點的傳感器來完成，因此測量點選擇的正確與否，傳感器的選擇是否合適，關系到能否對設備故障做出正確的診斷。

確定測量點數量及方向時考慮了以下幾方面：（1）應是設備振動的敏感點；（2）能對設備振動狀態做出全面的描述；（3）應是離機械設備核心部位最近的關鍵點；（4）應是容易產生劣化現象的易損點；（5）不能對設備的原工作狀態產生影響。

經過對監測要求、設備結構、安裝維修等方面的考慮，確定測量點分布如圖所示，對于高爐鼓風機組，可以在風機轉子軸徑部位安裝電渦流傳感器，測量轉子的軸振動；在電機側安裝鍵相傳感器，測量轉速；在變速箱、主電動機的軸承座部位安裝加速度傳感器，測量這些部位的振動加速度。

測軸振動是在一個平面內相互垂直的兩個方向分別安裝的兩個渦流傳感器，測轉速的鍵相傳感器也是渦流傳感器，在電機的轉軸上開出健相槽即可。

溫度、油壓等相關工藝參數的測量，風機制造廠家在出廠前已經設計安裝好，無需另外設置。

渦流傳感器選用美國本特利公司的3300 XL傳感器（8mm 電渦流探頭），加速度傳感器選用美國PCB公司的產品，型號為608A11。將設備的振動信號檢測出來后，經過抗干擾的延伸電纜，將信號傳送至信號調理儀進行后續處理。

4結論

妥善設置各檢測點，建立鼓風機在線監測系統，以達到監測設備運行，減少故障的目的。其所得各項數據信息，還可進一步傳遞到工控機，建立在線故障診斷系統，以達到了解設備的運行狀態、預知故障、杜絕事故、延長設備運行周期、縮短維修時間、最大限度的發揮設備的生產潛力，節約成本的目的。

參考文獻：

[1]楊國安.機械設備故障診斷實用技術[M].北京：中國石化出版社，2007，8.

振動監測范文第3篇

關鍵詞 汽輪機軸系；振動監測系統；防干擾

中圖分類號TM311 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）68-0066-02

0 引言

汽輪機軸系振動監測系統能夠實時監測機組軸系在各種沖擊下的振動故障、分析引起振動的原因、評判振動對軸系造成的損傷程度等，該裝置是分析軸系振動干擾因素以及確保機組軸系安全運行的重要工具。

1 汽輪機軸系振動監測系統概述

1.1 汽輪機軸系振動監測系統的基本運行原理

系統運行時連續在線監測機組軸系的振動狀態，同時顯示汽輪機大軸的膨脹和位移等。當監測部分確定振動、位移、脹差等幅值或狀態參數超過設定的閾值時，在聲光報警的同時，記錄各采集通道扭振發生前后的數據，并進行振動響應和安全分析。分析過程包括故障形式判定、軸系溫度狀態確定、軸系材料特性預調、機械力矩及電磁力矩合成、振動模型仿真和應力損傷分析等。其中振動響應的準確程度是由實測振動信號進行自適應在線調整來加以保證的，軸系兩端實測值與計算值的偏差作為反饋，經參數辯識可得正確的響應模型。

1.2 汽輪機軸系振動監測系統的特點

汽輪機軸系振動監測系統主要具有如下幾個方面的特點：

第一，采用多微機技術實現全部自動監測，具有精度高、穩定性好、抗干擾能力強、免維護、測量結果顯示形象直觀等優點；

第二，振動直接測量部分具有高速數據采集處理及干擾自動識別消除功能；

第三，振動響應模型具有良好的參數預調和自適應特性；

第四，采用雨流法簡化載荷歷程、循環計數、局部應力應變及疲勞損傷分析準確性高；

第五，原始數據永久保留，可供重復分析，另外數據管理系統提供及時查詢服務；

第六，系統自動完成各種操作，無需運行人員介入。

2 汽輪機軸系的干擾因素剖析

汽輪機軸系的干擾因素可以概括歸納為人為因素、機器因素兩個方面的干擾。其中人為因素多表現為人員現場經驗不足，考慮不夠周全以及電纜敷設走向不合理、不規范等；機器因素主要表現為軸系設備接地，其中包括現場電纜接地、信號電纜屏蔽多點接地、TSI軸系設備內部接地 、軸系設備機柜處電纜屏蔽接地以及探頭延伸電纜外皮接地等。以下就分別對汽輪機軸系的干擾因素的確認進行說明。

1）現場電纜接地。將每個通道至就地電纜接線甩開,用搖表測電纜對地絕緣，檢查有無接地現象；2）探頭延伸電纜外皮接地。利用停機機會，檢查延伸電纜外觀情況，做好絕緣包扎，重新固定延伸電纜，改變電纜走向，檢測電纜外皮有無接地現象；3）電纜敷設走向不合理、不規范。檢查電纜走向，下面或周圍是否有動力電纜存在；4）軸系框架設備、機柜接地。檢查框架設備及機柜接地情況；5）TSI軸系設備內部接地。測試TSI各接地端接地情況；6）軸系設備機柜處電纜屏蔽接地。檢查每個通道電纜屏蔽焊接情況，接地是否牢固可靠，檢查接地情況；7）軸系設備附近存在大的干擾源。調歷史趨勢，設備受到干擾時，是否有相關設備正在啟停；8）前置器外殼接地。現場檢查測試每個前置器，檢測是否存在接地情況；9）設備電源干擾。采用UPS單獨供電，檢測干擾情況是否仍然存在；10）信號電纜屏蔽多點接地。將電纜屏蔽接地甩開，搖電纜屏蔽是否有接地現象。

3 汽輪機軸系振動監測系統的防干擾應用分析

3.1 探頭延伸電纜外皮接地干擾的處理

利用汽輪機軸系振動監測系統檢測延伸電纜接頭部位熱縮管老化、松動，部分延伸電纜接頭露出與汽輪機金屬部位接觸等狀況。將所有延伸電纜舊的熱縮管去掉，清理接頭內的積油，清理干凈后，延伸電纜接頭重新用耐油熱縮管縮封，防止熱縮管在高溫和油的浸泡下老化，外部采用絕緣帶纏繞。檢查測量延伸電纜是否有磨破、劃傷部位，發現及時處理。將探頭電纜重新固定，防止電纜振動或在油的沖刷下磨破絕緣，再次出現接地。固定電纜時遠離高溫部位和轉動部位，防止燒壞電纜或轉動部位磨壞電纜。

3.2 軸系設備附近存在大的干擾源的處理

首先對TSI系統監測參數值報警原因進行現場深入分析排查,通過分析歷史站趨勢數據及做大量的干擾試驗，在排除監測參數實際越限報警，確定是TSI系統存在干擾的情況下。利用汽輪機軸系振動監測系統確定干擾源是否主要來自安全門保護上線圈失電時產生的長時間繼電器接點拉弧干擾和當操作凝結水再循環到除氧器電動門時干擾。通過檢查凝結水再循環到除氧器電動門電纜走向發現其動力電纜與TSI電纜相距很近，組織人員重新布置電纜，遠離TSI電纜。根據安全門控制回路的實際情況，對安全門控制回路進行了改造，消除接點拉弧現象。

3.3 軸系設備、機柜接地干擾的處理

用多種方法測量機柜接地情況，如果發現機柜與相鄰的繼電器柜相連，而且測定的電阻值非常小的話，說明軸系設備與固定機柜的槽鋼相通。采用環氧樹脂板將機柜與繼電器柜隔開，在TSI機柜底部墊絕緣膠皮將機柜與槽鋼，隔開。在軸系設備底部墊絕緣膠皮與機柜隔開，然后用搖表對機柜與槽鋼、機柜與繼電器柜、TSI裝置與TSI機柜的絕緣狀況進行測量，看其是否符合單端接地的要求。

3.4 TSI軸系設備內部接地干擾的處理

利用汽輪機軸系振動監測系統對每個通道接地端進行檢測，檢查每塊板件的接地端與汽輪機軸系框架的接地端是否相連通，檢測各通道的電纜屏蔽是否接地和處于懸浮狀態以及是否符合電纜屏蔽單端接地的要求。

4 結論

利用汽輪機軸系振動監測系統可以對汽輪機軸系振動的相關干擾因素進行有效的分析，在確定汽輪機軸系振動干擾因素的基礎上，采取有針對性的舉措來有效控制這些干擾因素對汽輪機軸系振動的影響，從而有效確保汽輪機軸系安全穩定的運行。

參考文獻

[1]李宏斌.汽輪機軸系振動在線監測與故障診斷系統[J].汽輪機技術，2007(11).

振動監測范文第4篇

由不同原因和不同部位而產生的故障，這些故障產生的振動反映了不同的特征，或者頻率成分變化，相位差別、波形形狀和能量分布狀況等。通過檢測振動信號，我們發現振動性質和特征不僅與故障有關，還與系統的固有屬性有關，比如同一故障發生在不同部位，故障激勵傳遞通道不同，這樣就導致其振動特征和響應會有不同，這樣我們可以建立不同的響應算法，最后能得到較準確地判斷故障位置。

軋鋼機械的常見故障及其診斷方法

旋轉機械常見的故障,根據轉子式和振動性質的不同,可以分為:轉子不平衡、轉子不對,基部或組裝松散、轉子和定子摩擦,感應電機振動、滾動軸承故障，齒輪機構的振動等等。

旋轉機械中最常見的故障就是不平衡。不平衡產生的原因是多方面的，如安裝偏心度差，這樣造成與寬松的軸裝配松動。往往松動常和不平衡會一起產生，這種數學關系表現為非線性的振動特征。地腳松動引起的振動，在這個方向特征很明顯，一般是垂直方向的振動強烈，其他方向不明顯。如果是零件配合松動，那么這樣引起的振動，表現在方向上的特征并不明顯。

電動機是一種典型的旋轉機械，在機械故障的表現方面具有旋轉機械的共同特點，如存在轉子不平衡，轉子不對中、松動、摩擦等故障類型。電機的振動故障特點包括機械和電氣兩方面，機械方面的振動故障，例如轉子與定子間磁隙不均勻導致電機的異常振動，電壓不穩定或者匝短路等也會造成電機的振動異常。電氣方面的振動故障表現為：當突然給電機斷電，振動立即停止，通過這一點，我們可以判斷存在電氣方面的故障，當突然給電機斷電，振動不會立即停止，則屬于機械故障。

滾動軸承旋轉機械轉子系統包括外圈、內圈，保持架等組件。對滾動軸承振動診斷的分析方法是：滾動軸承的每個部件都有它自己的故障特征頻率。滾動軸承的故障特征頻率(簡化計算)為：內圈通過頻率F=0.6Z-Fr，外圈通過頻率F=0.4Z•Fr，保持架通過頻率F：0.4Fr，其中z為滾動體個數，n為軸承內圈回轉頻率。

齒輪是軋鋼機械重要的組成部分，它的運行狀態直接影響軋鋼機組的正常工作。根據統計抽樣結果表明，齒輪損壞的概率：齒面磨損、齒根斷裂分別占41%和31%。先看看嚙合頻率和振幅波動；二是看嚙合頻率諧波分布；三是看變頻，齒輪故障使的振動能量增加，邊緣頻率、幅度也增加，在齒輪箱的各種配件中，失敗的比率60%，可見在各部分的比例最大的是齒輪故障，由于負載波動幅度調制而產生的旋轉速度波動。通過振動診斷判別齒輪狀態，最有效的方法是分析齒輪振動功率譜的變化，其次分析倒頻譜。

實例診斷分析

現對軋機振動狀態的檢測主要基于振動傳感器，數據采集，軟件等現有設備，以連軋廠為例，應用振動故障診斷技術對其進行了全面的分析和診斷。

振動監測范文第5篇

本文介紹了某鐵路潘家圪塄隧道穿越民房施工時爆破振動測試技術，就爆破振動對民房結構造成的影響進行了評價，并結合爆破振動測試結果，提出了爆破振動控制標準及隧道施工的爆破振動控制技術措施。

關鍵字：隧道施工；爆破振動；振動監測；爆破振動控制

中圖分類號：U455文獻標識碼： A

1.引言

近年來，隨著鐵路建設的不斷推進，鐵路線路難以避免要穿越村莊及建筑物，這種現象在山區鐵路建設中更加常見。隧道穿越村莊及建筑物施工時，常采取相關工程措施避免引起安全事故，但由于采用鉆爆法施工的隧道，爆破施工振動的影響不可避免，采用爆破開挖會對建筑物造成一定的影響[1]。尤其在建筑物等級不高的地區，建筑物常常容易被損壞，爆破施工會引起一些安全問題甚至民事糾紛。隧道近臨或穿越民房施工時，有必要對隧道施工爆破振動進行測試，以確保施工安全，同時也為類似工程提供借鑒。

2.工程概況

潘家圪楞隧道全長2547米，單洞雙線Ⅰ級鐵路隧道，是某鐵路重點工程。隧道位于鄂爾多斯市準格爾旗境內，隧道所經地區屬低丘陵區，地形起伏大，沖溝發育。隧道進、出口端坡度較緩，洞身、出口端覆蓋砂質黃土較厚，進口端覆蓋砂質黃土較薄。隧道主要穿越風積砂質黃土、全~弱風化砂巖泥巖互層，地層主要以軟弱圍巖為主。地下水主要為基巖裂隙水，接受大氣降水及地表水的下滲補給，屬弱富水區，隧道范圍內無影響工程的不良地質。

隧道穿越風積砂質黃土段開挖支護采用CRD工法分部閉合施工，分段拆除臨時支撐；普通段采用三臺階法、環形開挖預留核心土法。隧道近距穿越鄂爾多斯市準格爾旗薛家灣鎮岱溝村、潘家圪楞村民房，對應隧道設計里程為DK124+900~DK125+100，長約200m，村莊與隧道平面位置關系如圖1。

圖1潘家圪楞隧道與村莊位置關系圖

3.地表建筑物現狀

為分析隧道施工對村莊民房的影響，對隧道施工范圍內民房結構現狀進行了調查，房屋結構特征見下圖：

（a） 窯洞內景 （b） 窯洞內掉土

（c）磚房內景 （d）屋檐頂部掉皮

圖2潘家圪楞隧道附近村莊民房結構圖

調查發現，該區地面建筑物主要有窯洞與普通磚房。窯洞主要分為兩類，一類窯洞還在使用中，目前還有村民常年居住，窯洞穩定條件較好；另外一類已經廢棄或作為儲藏用，長年無人修繕，結構較差，出現了掉皮、裂縫、洞頂掉塊等現象。窯洞新生裂縫很少，裂縫主要有三種形式：橫向裂縫、縱向裂縫、豎向裂縫。隧道附近村莊民房主要為磚房，一般采用簡易砌體結構，主要建筑物材料為磚與砂漿，大多數房屋地基未做處理，房屋主要為一層磚房。該區民房裂縫較普遍，主要分布在墻角、屋頂樓板與樓板相連接處、暖通管道與墻體連接處，墻外裂縫主要分布在樓板與磚墻連接處，煙囪等與墻體連接處。

分析造成這些裂縫的主要原因有：窯洞本身結構較差，修建條件和方法不恰當；排水設施不良，因降雨影響造成的裂縫；本區屬高寒地區，溫度變化較大，溫度變化容易造成裂縫；部分窯洞常年廢棄，未加修繕和管理，窯洞修建年代久遠，穩定性隨時間不斷降低，造成了掉皮、掉塊情況；窯洞抗震性能差，隧道施工爆破振動影響。造成這些問題的原因與建筑材料、施工方法、修繕維護、隧道近距離爆破施工等均有關系。從安全的角度考慮，應對隧道施工爆破振動對房屋造成的影響進行監測，優化爆破振動施工方法，確保房屋及人員安全。

4.隧道施工爆破振動測試

4.1測試原理及儀器設備

（1）測試原理

爆破振動測試原理及過程流程圖如圖3所示。

圖3 爆破振動測試原理圖

爆破振動測試的基本原理[2]是：由于炸藥在巖（土）中的爆炸作用，使安裝布置在監測質點上的傳感器隨質點振動而振動，使傳感器內部的磁系統、空氣隙、線圈之間作相對的運動，變成電動勢信號。電動勢信號通過導線輸入可變增益放大器將信號放大，進入A/D轉換，再通過時鐘、觸發電路，同時也通過存儲器信號保護。再通過CPU系統輸入計算機，采用波形顯示和數據處理軟件進行波形分析和數據處理。

（2）爆破振動記錄儀

監測采用四川望工業自動化控制技術有限公司研制的MINI動態信號分析儀，見圖4。

圖4MINI動態信號分析儀

（3）速度傳感器

傳感器采用四川望工業自動化控制技術有限公司研制的BR-TT-1A型振動速度傳感器，見圖5、圖6。

圖5 水平速度傳感器 圖6 垂直速度傳感器

4.2爆破振動測試方法

（1）傳感器安裝

采用石膏粉將傳感器粘結在巖石表面或地表現澆混凝土墩臺上，垂直向傳感器安裝時應調至與地面垂直，水平速度傳感器的安裝應與水平面平行，徑向水平傳感器應該水平指向爆心，三個傳感器應安裝在一起，構成一個關于爆心的三維直角坐標系，見圖7。

圖7 速度傳感器的安裝

（2）爆破振動信號采集

在爆破前，首先進行振動信號采集儀器測試，具體做法是在傳感器附近輕擊地面，觀察信號記錄儀的記錄情況，若顯示屏幕上出現數據記錄、保存這一過程時，表明信號記錄儀工作正常。儀器信號采集測試正常后，等待隧道施工爆破，待隧道爆破結束，記錄儀器完成數據保存即可關閉儀器。

（3）數據處理

爆破振動測試動態信號記錄儀通過信號接收通道將傳感器采集到的速度信號記錄在儀器內存中，保存的數據通過軟件BR-Mini軟件對數據讀取并處理。

圖8 BR-Mini軟件數據處理圖

4.3 爆破振動測試結果

潘家圪塄隧道穿越村莊施工爆破參數如下表：

表1 潘家格楞隧道施工爆破參數表

炮眼孔徑 50mm 雷管段別 1、3、7、9、13

孔深 2.0m 炮孔數量 110個

單孔藥量 0.545kg 最大單響藥量 2.4 Kg

總裝藥量 72 kg 其他

分別對潘家圪塄隧道施工過程中的爆破振動進行測試，結果如下：

圖9 爆破振動速度測試結果圖

由上圖可看出，隧道施工產生的最大爆破振動速度分別為29.99mm/s、34.20mm/s。由于施工采用毫秒延時雷管爆破，從波形圖上可看出，爆破振動速度最大值產生在第一段雷管爆破時，毫秒延時爆破每段別都產生了較大的振動速度。由爆破施工產生的振動速度持續時間約980ms，爆破振動速度隨著振動傳遞時間延長不斷衰減。

5.隧道穿越民房爆破振動控制措施

5.1爆破振動控制標準

爆破振動控制標準參照《爆破安全規程》（GB6722-2003）[3]，該標準規定的爆破振動安全判定指標以振動頻率和振動速度為依據（表2）。

表2 爆破振動安全允許標準

序號 保護對象類別 安全允許質點振動速度V（cm/s）

f≤10Hz 10Hz≤f≤50Hz f>50Hz

1 土窯洞、土坯房、毛石房屋 0.5～1.0 0.7～1.2 1.1～1.5

2 一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物 2.0～2.5 2.3～2.8 2.7～3.0

注1：表列振動頻率為主振頻率，系指最大振幅所對應的頻率。

注2：頻率范圍根據類似工程或現場實測波形選取。選取頻率是亦可參考下列數據：硐室爆破

5.2隧道施工爆破振動對民房的影響評價

潘家圪塄隧道穿越民房施工過程中，最大爆破振動速度為34.20mm/s，依照上述爆破振動控制標準，該隧道施工時，爆破振動速度超過安全允許值，施工過程中須優化爆破設計，控制爆破振動對地表民房的影響。

5.3隧道穿越民房爆破振動控制措施

（1）控制單段最大藥量

為了達到減振的效果，優先選用毫秒延遲爆破進行施工，同時應嚴格控制微差爆破單段最大裝藥量，優化后單段最大藥量調整至1.2kg。

（2）采用合理的隧道開挖方法

隧道穿越民房爆破施工時，優先采用微臺階法。微臺階采用小循環進尺施工，施工進尺調整為1.0m/循環，進尺小則循環爆破方量小，一次爆破用藥量小，從而減小爆破振動效應。

（3）分區爆破

開挖掌子面按照開挖臺階分割成不同的區域，爆破時按分區分別裝藥，單區域總裝藥量減少。分區爆破時采用微差爆破，同時優化炮孔的線形布置和起爆順序，不但能盡量減少微差爆破單段最大藥量，而且還使布置炮孔簡單、炮孔參數準確、臨空面好，可提高炸藥能量利用率，從而達到減震效果。

（4）優化掏槽形式

隧道施工時宜采用楔形掏槽，并且為減少掏槽孔爆破對隧道頂板圍巖的振動擾動，將掏槽孔布置在距拱頂較遠的區域。

6.結論

（1）隧道近距離穿越村莊及民房施工時，爆破振動房屋結構有影響，在施工過程中，應采取合理的技術方法對爆破振動進行測試，為優化施工提供合理的數據依據。

（2）隧道施工時采用控制單段最大裝藥量、微臺階法、分區爆破、楔形掏槽的綜合施工措施，能有效控制爆破振動對地表房屋的影響。

[1]曹孝君,張繼春,呂和林. 隧道掘進爆破引起地表震動的數值模擬與現場監測分析[J]. 中國公路學報, 2007,20(2):87-91.