L20-N在隧道爆破监测中的运用

时间：2020-01-05

前言：
随着客运专线的“四通八达”，我国铁路技术装备也基本实现现代化。到2020年，我国铁路营业里程将达到12万公里以上。其中，新建高速铁路将达到1.6万公里以上；加上其他新建铁路和既有线提速线路，我国铁路快速客运网将达到5万公里以上，连接所有省会城市和50**口以上城市，覆盖全国90%以上人口，“人便其行、货畅其流”的目标将成为现实。
很多新建铁路在既有铁路线旁修建，爆破与隧道技术的成熟稳定使得在修建成本和工期上缩短，但新建铁路隧道在修建过程中会对既有线隧道产生一定的影响与危害，为了实时监测新建隧道爆破施工时对既有隧道的振动影响危害，对既有隧道的检测就显的尤为必要了。但是传统的爆破测振仪却不适于在隧道内长期使用，首先既有线隧道属于已运营铁路线，除了特定的天窗点，是不允许人员的随意进出，而传统的爆破测振仪需要检测人员在爆破前进行安装调试，爆破完毕后人员再进入隧道进行取数，很显然，这在时间上是不允许的；然后，既有线隧道内的监测点是不需要经常移动的，属于一个短期的**检测。所以网络化的检测设备就应运而生，以下为成都交博科技结合多年实地监测经验针对既有线隧道的所做的实施方案。
1.检测设备
1.2仪器工作流程
L20-N型爆破测振仪由记录仪、传感器、数据中心和客户端四部分构成。在使用前，用户需在记录仪卡槽内插入任意一张可上网的电话卡，仪器开机即可自动登录服务器，在爆破现场测试前，用户固定好传感器后打开仪器电源即可离开现场，通过远程客户端完成参数设置和启动采集后，仪器即进入工作状态。当爆破振动信号传来时，系统会自动记录和存储，并将采集到整个动态波形实时上传至数据中心，测试人员在有网络的地方，便可通过客户端控制仪器和管理文件，完成振动检测工作；
图1-2：L20-N爆破测振仪工作原理图
1.3技术参数
监测标准：《爆破安全章程》（GB6722-2014）；
许可证：国家制造计量许可证书（CMC）川制00000488-1；
通道数：三通道并行采集；
A/D精度：24 Bit；
采样率：1K-100KSps，多档可调；
频率范围：1-500 Hz；
幅值量程：0.001cm/s-35.5cm/s；
测试精度：测试精度±5%，读数精度0.01%；
记录模式：波形模式、电平模式、时间模式；
记录长度：1秒-99秒,连续可调；
触发电平：0.01cm/s-35.5cm/s,连续可调；
通讯网络：LAN/WAN/ADSL有线网络、WI-FI局域网、电信/联通/移动4G网络
报警预警：幅值**标或设备运行异常时主动推送短信/电邮
供电：7.4Ah锂电池，续航时间**72小时；
存储容量：16GB固态硬盘，**10240次爆破事件存储；
工作环境:-30-75 ℃，90 ％ RH；
尺寸：175*108*72mm；
重量：1.7kg(含手提箱重3.1Kg
2.准备工作
2.1SIM卡的选择与安装
(1)SIM卡的选择
在选择SIM卡时，应根据目标测点的通信网络覆盖情况选择运营商，具体操作办法是通过测点处手机信号强度进行择优选择，在办理SIM卡时，应选用普通的SIM卡（较大尺寸卡），资费标准为2GB每月的包月流量套餐，在安装SIM卡前，仪器编号与通讯卡号一一对应并做好记录，以便后面使用时方便充值。
(2)SIM卡安装
图2-1：SIM卡安装步骤图
使用仪器自带的4G天线**住按钮弹出卡槽，取出SIM卡槽，将SIM卡放入卡槽，将卡槽装入仪器，装入SIM卡后，启动仪器，稍等片刻后显示登陆成功，表示安装无误。
2.2设备调试与编号
(1)测点与设备进行编号
按照测点号对仪器进行一对一编号，确定每一台仪器所对应的测点号
(2)检查设备运行状态
连接仪器与传感器、充电器与仪器，开启仪器开关，查看仪器充电状态是否正常，按仪器“记录”按键后仪器能够进入采集状态，使用仪器自带“零点校准”功能对仪器进行零点校准，校准时勿晃动传感器。
(3)检查仪器标定
查看仪器第三方标定证书的有效期，是否需要提前进行标定。
2.3 安装所需器材的准备
隧道安装前准备好所需器材，并核实检查所有器材的情况，将测点所需耗材（除PVC线管）装成一整套放入配电箱内。
单测点耗材一览表
安装所需工具一览表
3设备安装
准备好所有安装器具，根据工务段的天窗点时间段进入隧道进行安装工作，并在天窗点快要结束时提前收拾所剩安装器具出场，隧道内施工应做到不留下剩余的物件或是别的垃圾。
3.1 传感器安装
测点做好标记，进行传感器安装。传感器要求装于侧壁1.5m以上的高度，除了监测垂直方向的振动情况外，都需要做到：
传感器箭头方向指向爆源；
带有水平泡的一面向上放置。
图3-1：传感器安装步骤图
（1）根据夹具比对钻孔位置，做好标记并钻孔
（2）钻孔完成后，将墙壁灰擦拭干净
（3）将A、B胶涂抹于传感器贴侧壁的一面
（4）膨胀螺丝和夹具固定传感器，拧紧螺丝
3.2 防护箱安装
图3-2：防护箱安装图
（1）比对传感器位置，做好钻孔位置并标记。
（2）在标记位钻孔，使用膨胀螺丝固定好配电箱。
3.3线缆布置及连接
按照工务段要求，外部供电电源线缆是需要放入隧道下水沟内的，放入下水沟内的线缆可使用PVC线管一段一段的引入。
图3-3：线缆布置及连接图
（1）插线板放入配电箱，将接入配电箱的插线板电源线缆放入PVC线管
（2）侧壁打孔，填入木塞，用卡套固定PVC线管
（3）连接插线板电源线与外部电源线
（4）放入仪器，插上仪器充电器，连接传感器与仪器、仪器与充电器，最后连接仪器4G天线并将天线拉出立于配电箱**部，天线底座自带磁铁，可直接放置。
3.4 安装检查
所有仪器安装完毕后，开启仪器电源、启动外接电线电源，点击仪器“记录”键能进入采集状态，要求所有仪器均能进入充电与采集状态且能成功登入服务器，最后锁上配电箱。
4、客户端安装及配置
为正常运行本软件，需要计算机软、硬件环境的较低配置要求如下：
CPU类型：Core2及以上同类型CPU 
内存容量：2G及以上
硬盘容量：100 MB以上剩余空间
Windows7及以上操作系统
办公软件：word2003及以上版本；
推荐使用 2GHz以上剩余存储空间
（1）打开光盘中的安装软件，双击 打开安装程序，反复点击“下一步”直至安装完成。
（2）打开软件，配置服务器，在“设置”下选择文件存储路径与服务器地址、端口。
文件存储：选定自己电脑上一个存储位置，在所选位置会自动生成一个Data的文件夹，服务器打开过的文件会自动根据仪器名称新建文件夹存储于该文件下。    
服务器配置：
Ip：114.118.4.151
域名：
端口：12999
5、振动监测
5.1仪器控制
操作步骤：
1.打开客户端软件，输入账号和密码登录控制界面
2.选择需要控制的仪器
3.单击设置按钮，设定参数设置
4.启动仪器，仪器进入工作状态
图5-1仪器控制步骤图
采集参数设置原则
(1)触发电平：为了避免环境干扰引入的噪声信号而引起仪器误触发，需要设置一个门限值，也就是触发电平。测试前，预估本次测试信号幅度的大小，将触发电平设为被测信号幅度峰值的20%，推荐触发电平设定为0.1cm/s；
(2)采样频率：需要对被测信号频率作预估，据此设置采样率。采样率不低于被测信号频率10倍，推荐采样频率设定为10k Hz；
(3)存储长度：采样时间是指仪器从触发开设记录到记录完毕的时间，根据施工类型和种类选择，推荐记录时长设定为4s；
(4)负延时：为了保证不丢失触发前的信号头，需要在信号缓存区预留一定的空间来保存信号头，即从触发点向前保留数据。推荐负延时设定为0.5s；
(5)报警幅值：当实测振动幅值接近和**过控制幅值时，仪器通过短信或电邮主动上报，便于检测单位启动**标应急措施，报警幅值设为控制幅值的80%左右为宜，如控制值为2cm/s，设置报警值为1.6cm/s。
5.2文件管理
(1)爆破实施单位应在爆破作业结束后提交爆破参数、时间和位置，根据作业单位提交的爆破实施时间寻找与之对应的振动数据，同时根据波形状态识别振动数据真伪；
(2)核实振动数据后，保存该数据至用户*的文件夹，并单击报告按钮，填写报告名称、监测单位、爆破参数等信息，较终生成报告并打印输出；
(3)将打印输出的数据报告附在日报告或阶段性报告封面内，签字盖章，提交给业主及相关人员；
具体操作步骤如下：
1.登陆客户端，选定需要文件管理的仪器；
2.通过时间段查询文件，找到目标文件后双击打开文件；
3.单击报告按钮，填写报告抬头等相关内容；
4.生成报告，打印和存储报告；
图5-2文件管理操作步骤图
6、系统维护
为了每一次都能够记录并准确的记录爆破振动数据，在具体实施过程中，应当制订系统维护计划，按时对仪器和供电设施进行检查和维护，如发现异常情况，需在下一次爆破前完成故障排除工作，具体维护内容如下
(1)测点维护：原则上爆破作业掌子面与既有线交叉处布设测点，测点需随着作业掌子面移动，但是本项目不具备每爆次进入隧道移动测点的条件，在实际操作中可考虑爆破掘进一段距离后移动测点，掘进的距离等于测点数*测点间距离；如：3个测点，测点间距离为25米，建议每掘进75米后移动测点；
图6-1：测点移动示意图
(2)日常维护：因为记录的振动文件是采用爆破发生的时刻命名，因此要求仪器精确到秒，在隧道内运行两三个月后，时钟会发生一定范围内的误差，建议使用客户端软件对仪器进行时间同步；另外仪器存储的文件数量过多时，会造成仪器运行缓慢，建议按时对仪器进行存储器清空操作，该操作只会清空仪器内数据，不会造成数据丢失，所有测试数据都在服务器中有备份；
(3)故障维护：仪器处于在线状态时，一般不需要对仪器进行特殊维护，当掉线发生时首先确定仪器内SIM卡是否为欠费状态，在充值等待20分钟后仪器依然不上线，需跟工务段沟通要取天窗点进入隧道现场查看仪器。
7.特殊情况
7.1测点处无供电
测点处无交流电供电条件电源接口处距测点距离太远，布置电源线不方便或不允许时，考虑使用直流电池为仪器供电，通过更换电池和设定工作时段，达到延长监测时间目的，可以降低进入隧道的频率；
1.电池的选择
结合本项目测点移动频率及测点位置等因素，推荐使用12V/50Ah的铅酸电池或锂电池组，不仅可以维持仪器正常工作1-2个月，而且还具有体积小、重量轻、携带方便、易更换和维护的特点；使用直流电瓶供电时，电池数量应是测点数量的1.5倍，当某个测点电池电量耗尽时，可通过替换的方式取出电池，在隧道外对电池进行充电，确保仪器能够记录每次爆破振动数据；
图7-1：电池连接示意图
2.设定工作时段
爆破施工主要由钻孔、装药、爆破、除渣等环节构成，其爆破作业时间具备一定的规律，尤其在钻爆开挖隧道时，该规律更为明显，掌握爆破施工周期及爆破具体作业时间，在爆破前开启设备，完成振动记录后关闭设备，提高无供电情况下设备续航能力，
图7-2：工作时段设定步骤
实际使用时选用定时循环模式，设定2段开启时间，如10:00-11:00,22:00-23:00，那么仪器在开启时间段内开机工作，其他时候完全关闭，做到零功耗；
7.2测点处无通讯网络覆盖
测点处无手机信号覆盖，且该区域布设公共网络困难时，就需要通过有线或无线的通讯中继，将网络信号引至测点处的仪器，实现仪器上网，短距离或无阻碍物的工况可考虑无线中继的方式实现上网，长距离或地形复杂的工况可考虑光纤的方式实现上网，由于本项目测点处于经营性隧道内，列车经过会对布设在隧道内的无线网络造成干扰，因此推荐本项目采用光纤得方式扩展通信，具体操作是在洞口或就近有网络覆盖的布置4G模块，将手机上网卡置于模块内，再通过光纤连接仪器，让仪器能够获得网络。
图7-2：光纤扩展通信示意图

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