专利名称：气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的装置，具体是一种气压平衡式顶管工具 头内爆破监测系统。
背景技术：
与一般的人力与机械力相比，爆破在工程界具有其不可替代的优势。而工程爆破 主要包括露天爆破、隧道峒室爆破、水下爆破和爆破拆除等。由于工程爆破在完成施工任 务的同时，都会对周边环境产生不利影响。一般性的爆破监测，均是监测爆破点周边质点的 振动速度；而且我国的爆破监测也是以垂直方向的质点振动速度为主，同时辅以主频率和 振动持续时间，来评估爆破对周边环境的影响。但随着经济发展和爆破技术的发展，工程爆破与其他工程技术的结合也越来越 多。以本发明实施例为例，在气压式平衡顶管内进行的工程爆破，爆破在非常压(大于一个 大气压)环境下进行；爆破面距离顶管工具头内的胸板仅不过三米；且爆破后断面需要顶 管截面大约吻合；爆破面上部为海底淤泥，而下部为中风化花岗岩层等。面对此种特种爆破，不仅需要对炸药、起爆器材、爆破方案等进行特别优化和对顶 管工具头进行专门设计等，也需要专门开发一套针对该特种爆破的监测系统。由于现有 的爆破监测技术均不太适用于该特种爆破1)传统监测测试项目单一，仅检测水平地面振 动，无法测量爆破对于近距离的工具头、围岩的破坏；2)传统监测无法适用于顶管中高压 和高湿的地下环境；3)传统方法中测点均距离爆破点较远，且测量量程较小，且易损坏；4) 传统测试中测量精度较低。经过文献调研，国内外尚未发现类似的爆破监测系统公开文献。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种气压平衡式顶管工具头内爆破监 测系统，针对以往爆破监测系统环境适应性较差、监测项目单一、监测精度较低、监测系统 易损、无法在短时间内获取大量数据等特点，而专门针对顶管工具头设计了该套监测系统， 其特点为能适应地下爆破高压高湿的环境、监测精度高、可同时获取多个测点的物理监测 值，且该系统较经济、对测点保护充分，可较大程度的提高测点的存活率和监测精度，具有 较强的实用性和较高的经济性。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括传感器、仪器保护装置、数据采 集装置、控制装置和电源装置，其中传感器固定设置于仪器保护装置内，数据采集装置与 传感器相连接并将模拟信号转化为数字信号，数据采集装置的输出端与控制装置连接并传 输传感数据，控制装置输出控制指令至数据采集装置，电源装置分别与数据采集装置和控 制装置相连接以提供电源。所述的传感器包括用于监测顶管工具头三维方向振动速度和围岩振速的加速度 传感器和监测爆破冲击波的气压传感器。所述的传感器具体通过抗电磁干扰导线与数据采集装置相连接，且抗电磁干扰导线的外层依次缠裹有防水胶布和热缩管。所述的仪器保护装置包括金属壳和与之相连接的导线保护管，传感器设置于金 属壳内，电磁干扰导线设置于导线保护管内，以保护测点不受距离较近的爆破飞石的破坏。所述的数据采集装置为多通道动态数据采集装置，其内部设有数据采集分析软件 和用于实现远程启动的信号触发线，该信号触发线的两端分别与数据采集装置和传感器相 连接。所述的控制装置为控制数据采集装置的笔记本电脑。所述的电源装置为施工现场交流电源或蓄电池。与一般的爆破监测系统，该系统的特点和创新主要有如下几点(1)传统监测项 目单一，仅能测试地面或建筑竖向振速；而该系统能测试的项目较多，包括工具头三向的振 速、设备振速及开挖仓气压，能较全面地评价爆破的效果。(2) —般的测试系统不太适合该 次爆破环境的湿度大、气压大、干扰多的环境，而该系统的设计和具体部件的选取上都能较 好地规避这些不利因素。(3) —般的测试系统不太适合超近距离的爆破监测，而该系统是 专门为超近距离的爆破而设计。其中传感器，不能采用常规爆破监测使用的传感器，其灵 敏度、量程、工作频率等技术指标均使其无法完成顶管工具头内爆破的监测工作，需单独选 取。而该系统中专门添加的设备保护装置，能有效的保护测点，大大提高测点存活率，保证 数据的质量。


图1为本发明实施的系统示意图。图2为实施例工具头胸板气压测点布置图。图3为实施例工具头振速测点布置图。图4为本发明的实施例测试得到的典型爆破冲击波曲线图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。工程实例为某顶管工程。该顶管工程位于海湾水面以下约24米的淤泥中，顶管中 心标高为"23. 0mm,淤泥厚约20. lm,水深约3. 5m。顶管管道外径2. 15米，壁厚为2. 2cm。在 距出发工作井约690m开始，顶管遇约49m岩层段，其中大部分为全断面穿越岩层，同时发现 顶管沿线有体积较大的孤石。岩层基本由中风化花岗岩构成，需进行微差光面爆破。爆破 施工前，采用高压旋喷桩对岩石界面附近8. 0m X 5. 5m范围的淤泥进行了加固。要求爆破施 工确保岩体周围介质不受爆破有害效应的扰动破坏，防止突然塌方及涌水现象的发生，且 保证施工设备在接下来的施工中能正常使用。如图1所示，本实施例包括传感器1、仪器保护装置2、数据采集装置3、控制装置 4和电源装置5，其中传感器1固定设置于仪器保护装置2内，数据采集装置3与传感器1 相连接并将模拟信号转化为数字信号，数据采集装置3的输出端与控制装置4连接并传输 传感数据，控制装置4输出控制指令至数据采集装置3，电源装置5分别与数据采集装置3
4和控制装置4相连接以提供电源。所述的传感器1包括用于监测顶管工具头三维方向振动速度和围岩振速的加速 度传感器6和监测爆破冲击波的气压传感器7。所述的传感器1具体通过抗电磁干扰导线12与数据采集装置3相连接，且抗电磁 干扰导线12的外层依次缠裹有防水胶布和热缩管。如图2和图3所示，所述的仪器保护装置2包括金属壳8和与之相连接的导线保 护管9，传感器1设置于金属壳8内，电磁干扰导线设置于导线保护管9内，以保护测点不受 距离较近的爆破飞石的破坏。所述的数据采集装置3为多通道动态数据采集装置3，其内部设有数据采集分析 软件和用于实现远程启动的信号触发线10，该信号触发线10的两端分别与数据采集装置3 和传感器1相连接。所述的控制装置4为笔记本电脑。所述的电源装置5为蓄电池。本实施例的具体监测方法如下第一步，将三个加速度传感器6分别设置于开挖仓内顶管工具头管壁的两侧中部 和下部，然后将气压传感器7固定于开挖仓胸板11上，将传感器1套接于仪器保护装置2 内并分别通过导线与数据采集装置3、控制装置4和电源装置5相连接。第二步，测试导线连接是否正确，然后启动监测系统，经系统调试后进行试采样所述的系统调试是指依次设置各个通道的低通频率，通过低通滤波以减少现场 干扰信号对信号质量的影响。第三步，在爆破前较短时间内进行远程触发，待爆破结束后，确定安全后，监测人 员至顶管头部、关闭监测系统，截取数据，进行数据分析。所述的远程触发将信号触发线10通过电流，以开始数据采集，实现远程触发。第四步，检查系统有无遭到爆破的破坏，尤其是传感器1和抗电磁干扰导线12，如 有破坏，必须进行维修或更换。第五步，在下次爆破时重复第三步至第五步的工作。实际监测过程中各个测点均经受住了近距离爆破对其的破坏，抗电磁干扰导线12 也均未受损，保证了测试数据的有效性，具有较高的测试精度和较强的适用性。监测数据如 图4所示。通过爆破监测的分析，对工程的安全顺利施工起到了关键的作用。
权利要求
一种气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，包括传感器、仪器保护装置、数据采集模块、控制模块和电源装置，其特征在于传感器固定设置于仪器保护装置内，数据采集模块与传感器相连接并将模拟信号转化为数字信号，数据采集模块的输出端与控制模块连接并传输传感数据，控制模块输出控制指令至数据采集模块，电源装置分别与数据采集模块和控制模块相连接以提供电源。
2.根据权利要求1所述的气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，其特征是，所述的 传感器包括用于监测顶管工具头三维方向振动速度和围岩振速的加速度传感器和监测爆 破冲击波的气压传感器。
3.根据权利要求1所述的气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，其特征是，所述的 传感器具体通过抗电磁干扰导线与数据采集模块相连接，且抗电磁干扰导线的外层依次缠 裹有防水胶布和热缩管。
4.根据权利要求1所述的气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，其特征是，所述的 仪器保护装置包括金属壳和与之相连接的导线保护管，传感器设置于金属壳内，电磁干扰 导线设置于导线保护管内。
5.根据权利要求1所述的气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，其特征是，所述的 数据采集模块为多通道动态数据采集模块，其内部设有数据采集分析软件和用于实现远程 启动的信号触发线，该信号触发线的两端分别与数据采集模块和传感器相连接。
全文摘要
一种建筑工程技术领域的气压平衡式顶管工具头内爆破监测系统，包括传感器、仪器保护装置、数据采集装置、控制装置和电源装置，其中传感器固定设置于仪器保护装置内，数据采集装置与传感器相连接并将模拟信号转化为数字信号，数据采集装置的输出端与控制装置连接并传输传感数据，控制装置输出控制指令至数据采集装置，电源装置分别与数据采集装置和控制装置相连接以提供电源。本发明适应地下爆破高压高湿的环境、监测精度高、可同时获取多个测点的物理监测值，且该系统较经济、对测点保护充分，可较大程度的提高测点的存活率和监测精度，具有较强的实用性和较高的经济性。
文档编号G01L23/00GK101858777SQ20101015369
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者叶冠林, 王建华, 陈楠 申请人:上海交通大学