專利名稱：氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種氣壓平衡式頂管工具 頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與一般的人力與機(jī)械力相比，爆破在工程界具有其不可替代的優(yōu)勢(shì)。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 務(wù)的同時(shí)，都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響。一般性的爆破監(jiān)測(cè)，均是監(jiān)測(cè)爆破點(diǎn)周邊質(zhì)點(diǎn)的 振動(dòng)速度；而且我國的爆破監(jiān)測(cè)也是以垂直方向的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為主，同時(shí)輔以主頻率和 振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，來評(píng)估爆破對(duì)周邊環(huán)境的影響。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和爆破技術(shù)的發(fā)展，工程爆破與其他工程技術(shù)的結(jié)合也越來越 多。以本發(fā)明實(shí)施例為例，在氣壓式平衡頂管內(nèi)進(jìn)行的工程爆破，爆破在非常壓(大于一個(gè) 大氣壓)環(huán)境下進(jìn)行；爆破面距離頂管工具頭內(nèi)的胸板僅不過三米；且爆破后斷面需要頂 管截面大約吻合；爆破面上部為海底淤泥，而下部為中風(fēng)化花崗巖層等。面對(duì)此種特種爆破，不僅需要對(duì)炸藥、起爆器材、爆破方案等進(jìn)行特別優(yōu)化和對(duì)頂 管工具頭進(jìn)行專門設(shè)計(jì)等，也需要專門開發(fā)一套針對(duì)該特種爆破的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于現(xiàn)有 的爆破監(jiān)測(cè)技術(shù)均不太適用于該特種爆破1)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)測(cè)試項(xiàng)目單一，僅檢測(cè)水平地面振 動(dòng)，無法測(cè)量爆破對(duì)于近距離的工具頭、圍巖的破壞；2)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)無法適用于頂管中高壓 和高濕的地下環(huán)境；3)傳統(tǒng)方法中測(cè)點(diǎn)均距離爆破點(diǎn)較遠(yuǎn)，且測(cè)量量程較小，且易損壞；4) 傳統(tǒng)測(cè)試中測(cè)量精度較低。經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)類似的爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)公開文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)以往爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性較差、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目單一、監(jiān)測(cè)精度較低、監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 易損、無法在短時(shí)間內(nèi)獲取大量數(shù)據(jù)等特點(diǎn)，而專門針對(duì)頂管工具頭設(shè)計(jì)了該套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 其特點(diǎn)為能適應(yīng)地下爆破高壓高濕的環(huán)境、監(jiān)測(cè)精度高、可同時(shí)獲取多個(gè)測(cè)點(diǎn)的物理監(jiān)測(cè) 值，且該系統(tǒng)較經(jīng)濟(jì)、對(duì)測(cè)點(diǎn)保護(hù)充分，可較大程度的提高測(cè)點(diǎn)的存活率和監(jiān)測(cè)精度，具有 較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括傳感器、儀器保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)采 集裝置、控制裝置和電源裝置，其中傳感器固定設(shè)置于儀器保護(hù)裝置內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置與 傳感器相連接并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與控制裝置連接并傳 輸傳感數(shù)據(jù)，控制裝置輸出控制指令至數(shù)據(jù)采集裝置，電源裝置分別與數(shù)據(jù)采集裝置和控 制裝置相連接以提供電源。所述的傳感器包括用于監(jiān)測(cè)頂管工具頭三維方向振動(dòng)速度和圍巖振速的加速度 傳感器和監(jiān)測(cè)爆破沖擊波的氣壓傳感器。所述的傳感器具體通過抗電磁干擾導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集裝置相連接，且抗電磁干擾導(dǎo)線的外層依次纏裹有防水膠布和熱縮管。所述的儀器保護(hù)裝置包括金屬殼和與之相連接的導(dǎo)線保護(hù)管，傳感器設(shè)置于金 屬殼內(nèi)，電磁干擾導(dǎo)線設(shè)置于導(dǎo)線保護(hù)管內(nèi)，以保護(hù)測(cè)點(diǎn)不受距離較近的爆破飛石的破壞。所述的數(shù)據(jù)采集裝置為多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置，其內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)采集分析軟件 和用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)的信號(hào)觸發(fā)線，該信號(hào)觸發(fā)線的兩端分別與數(shù)據(jù)采集裝置和傳感器相 連接。所述的控制裝置為控制數(shù)據(jù)采集裝置的筆記本電腦。所述的電源裝置為施工現(xiàn)場(chǎng)交流電源或蓄電池。與一般的爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特點(diǎn)和創(chuàng)新主要有如下幾點(diǎn)(1)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng) 目單一，僅能測(cè)試地面或建筑豎向振速；而該系統(tǒng)能測(cè)試的項(xiàng)目較多，包括工具頭三向的振 速、設(shè)備振速及開挖倉氣壓，能較全面地評(píng)價(jià)爆破的效果。(2) —般的測(cè)試系統(tǒng)不太適合該 次爆破環(huán)境的濕度大、氣壓大、干擾多的環(huán)境，而該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和具體部件的選取上都能較 好地規(guī)避這些不利因素。(3) —般的測(cè)試系統(tǒng)不太適合超近距離的爆破監(jiān)測(cè)，而該系統(tǒng)是 專門為超近距離的爆破而設(shè)計(jì)。其中傳感器，不能采用常規(guī)爆破監(jiān)測(cè)使用的傳感器，其靈 敏度、量程、工作頻率等技術(shù)指標(biāo)均使其無法完成頂管工具頭內(nèi)爆破的監(jiān)測(cè)工作，需單獨(dú)選 取。而該系統(tǒng)中專門添加的設(shè)備保護(hù)裝置，能有效的保護(hù)測(cè)點(diǎn)，大大提高測(cè)點(diǎn)存活率，保證 數(shù)據(jù)的質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施的系統(tǒng)示意圖。圖2為實(shí)施例工具頭胸板氣壓測(cè)點(diǎn)布置圖。圖3為實(shí)施例工具頭振速測(cè)點(diǎn)布置圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)試得到的典型爆破沖擊波曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。工程實(shí)例為某頂管工程。該頂管工程位于海灣水面以下約24米的淤泥中，頂管中 心標(biāo)高為"23. 0mm,淤泥厚約20. lm,水深約3. 5m。頂管管道外徑2. 15米，壁厚為2. 2cm。在 距出發(fā)工作井約690m開始，頂管遇約49m巖層段，其中大部分為全斷面穿越巖層，同時(shí)發(fā)現(xiàn) 頂管沿線有體積較大的孤石。巖層基本由中風(fēng)化花崗巖構(gòu)成，需進(jìn)行微差光面爆破。爆破 施工前，采用高壓旋噴樁對(duì)巖石界面附近8. 0m X 5. 5m范圍的淤泥進(jìn)行了加固。要求爆破施 工確保巖體周圍介質(zhì)不受爆破有害效應(yīng)的擾動(dòng)破壞，防止突然塌方及涌水現(xiàn)象的發(fā)生，且 保證施工設(shè)備在接下來的施工中能正常使用。如圖1所示，本實(shí)施例包括傳感器1、儀器保護(hù)裝置2、數(shù)據(jù)采集裝置3、控制裝置 4和電源裝置5，其中傳感器1固定設(shè)置于儀器保護(hù)裝置2內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置3與傳感器1 相連接并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置3的輸出端與控制裝置4連接并傳輸 傳感數(shù)據(jù)，控制裝置4輸出控制指令至數(shù)據(jù)采集裝置3，電源裝置5分別與數(shù)據(jù)采集裝置3
4和控制裝置4相連接以提供電源。所述的傳感器1包括用于監(jiān)測(cè)頂管工具頭三維方向振動(dòng)速度和圍巖振速的加速 度傳感器6和監(jiān)測(cè)爆破沖擊波的氣壓傳感器7。所述的傳感器1具體通過抗電磁干擾導(dǎo)線12與數(shù)據(jù)采集裝置3相連接，且抗電磁 干擾導(dǎo)線12的外層依次纏裹有防水膠布和熱縮管。如圖2和圖3所示，所述的儀器保護(hù)裝置2包括金屬殼8和與之相連接的導(dǎo)線保 護(hù)管9，傳感器1設(shè)置于金屬殼8內(nèi)，電磁干擾導(dǎo)線設(shè)置于導(dǎo)線保護(hù)管9內(nèi)，以保護(hù)測(cè)點(diǎn)不受 距離較近的爆破飛石的破壞。所述的數(shù)據(jù)采集裝置3為多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置3，其內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)采集分析 軟件和用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)的信號(hào)觸發(fā)線10，該信號(hào)觸發(fā)線10的兩端分別與數(shù)據(jù)采集裝置3 和傳感器1相連接。所述的控制裝置4為筆記本電腦。所述的電源裝置5為蓄電池。本實(shí)施例的具體監(jiān)測(cè)方法如下第一步，將三個(gè)加速度傳感器6分別設(shè)置于開挖倉內(nèi)頂管工具頭管壁的兩側(cè)中部 和下部，然后將氣壓傳感器7固定于開挖倉胸板11上，將傳感器1套接于儀器保護(hù)裝置2 內(nèi)并分別通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集裝置3、控制裝置4和電源裝置5相連接。第二步，測(cè)試導(dǎo)線連接是否正確，然后啟動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)試后進(jìn)行試采樣所述的系統(tǒng)調(diào)試是指依次設(shè)置各個(gè)通道的低通頻率，通過低通濾波以減少現(xiàn)場(chǎng) 干擾信號(hào)對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。第三步，在爆破前較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程觸發(fā)，待爆破結(jié)束后，確定安全后，監(jiān)測(cè)人 員至頂管頭部、關(guān)閉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，截取數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所述的遠(yuǎn)程觸發(fā)將信號(hào)觸發(fā)線10通過電流，以開始數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觸發(fā)。第四步，檢查系統(tǒng)有無遭到爆破的破壞，尤其是傳感器1和抗電磁干擾導(dǎo)線12，如 有破壞，必須進(jìn)行維修或更換。第五步，在下次爆破時(shí)重復(fù)第三步至第五步的工作。實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)均經(jīng)受住了近距離爆破對(duì)其的破壞，抗電磁干擾導(dǎo)線12 也均未受損，保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性，具有較高的測(cè)試精度和較強(qiáng)的適用性。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如 圖4所示。通過爆破監(jiān)測(cè)的分析，對(duì)工程的安全順利施工起到了關(guān)鍵的作用。
權(quán)利要求
一種氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器、儀器保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊和電源裝置，其特征在于傳感器固定設(shè)置于儀器保護(hù)裝置內(nèi)，數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器相連接并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與控制模塊連接并傳輸傳感數(shù)據(jù)，控制模塊輸出控制指令至數(shù)據(jù)采集模塊，電源裝置分別與數(shù)據(jù)采集模塊和控制模塊相連接以提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 傳感器包括用于監(jiān)測(cè)頂管工具頭三維方向振動(dòng)速度和圍巖振速的加速度傳感器和監(jiān)測(cè)爆 破沖擊波的氣壓傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 傳感器具體通過抗電磁干擾導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，且抗電磁干擾導(dǎo)線的外層依次纏 裹有防水膠布和熱縮管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 儀器保護(hù)裝置包括金屬殼和與之相連接的導(dǎo)線保護(hù)管，傳感器設(shè)置于金屬殼內(nèi)，電磁干擾 導(dǎo)線設(shè)置于導(dǎo)線保護(hù)管內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 數(shù)據(jù)采集模塊為多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，其內(nèi)部設(shè)有數(shù)據(jù)采集分析軟件和用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 啟動(dòng)的信號(hào)觸發(fā)線，該信號(hào)觸發(fā)線的兩端分別與數(shù)據(jù)采集模塊和傳感器相連接。
全文摘要
一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的氣壓平衡式頂管工具頭內(nèi)爆破監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器、儀器保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、控制裝置和電源裝置，其中傳感器固定設(shè)置于儀器保護(hù)裝置內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置與傳感器相連接并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與控制裝置連接并傳輸傳感數(shù)據(jù)，控制裝置輸出控制指令至數(shù)據(jù)采集裝置，電源裝置分別與數(shù)據(jù)采集裝置和控制裝置相連接以提供電源。本發(fā)明適應(yīng)地下爆破高壓高濕的環(huán)境、監(jiān)測(cè)精度高、可同時(shí)獲取多個(gè)測(cè)點(diǎn)的物理監(jiān)測(cè)值，且該系統(tǒng)較經(jīng)濟(jì)、對(duì)測(cè)點(diǎn)保護(hù)充分，可較大程度的提高測(cè)點(diǎn)的存活率和監(jiān)測(cè)精度，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)G01L23/00GK101858777SQ20101015369
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者葉冠林, 王建華, 陳楠 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)