摘要本文通過工程實例，介紹了如何對沖孔樁施工時產(chǎn)生的振動波進行監(jiān)測和分析，以保障近距離范圍內(nèi)的高壓天然氣管道的安全要求。為同類的施工項目遇到相似問題時提供了借鑒和參考。
　　關(guān)鍵詞振動監(jiān)測；沖孔樁；高壓天然氣管道
　　
　　
　　一、前言
　　隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，許多大型的施工項目在城市內(nèi)不斷的開展。而這些項目在遇到早期鋪設(shè)的地下天然氣管道時，不可避免的會影響天然氣管道的安全。尤其是大型立交橋的橋墩大多數(shù)采用沖孔樁工藝，當橋墩與天然氣管道之間的安全距離不足時，沖孔過程中傳導(dǎo)到周邊土體內(nèi)的振動波有可能導(dǎo)致鋼質(zhì)天然氣管道焊縫產(chǎn)生金屬疲勞進而失效發(fā)生爆炸，釀成重大安全事故。如何量化和判斷振動波對鋼質(zhì)天然氣管道的影響，往往成為施工單位和管道產(chǎn)權(quán)單位爭論的焦點。本文結(jié)合相關(guān)的工程實例，講述了如何采用振動監(jiān)測技術(shù)對振動波數(shù)據(jù)進行采集和分析，從而推斷出滿足鋼質(zhì)天然氣管道安全施工條件的結(jié)論。
　　二、工程概況
　　本工程為城市快速路二期主線工程，其中第七標段全長共1030m，施工場地內(nèi)有現(xiàn)狀鋼質(zhì)高壓天然氣管道約420.35m沿立交主線橋梁右幅A07－A08,G01－G05之間延伸向前。其中A07一A08現(xiàn)澆梁右側(cè)樁基礎(chǔ)和高壓天然氣管道外壁之間的凈距為3.5m。該高壓天然氣管道設(shè)計的抗震烈度為七度。由于樁基與高壓天然氣管道的距離較近，為了保障高壓天然氣管道的運行安全，要求樁基礎(chǔ)施工前在樁與高壓天然氣管道之間開挖一條2m深的減振溝，以減少振動波對管道基礎(chǔ)的擾動。同時，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，樁基礎(chǔ)施工時從自然地面標高往下7m都采用人工挖孔，以下部分采用機械施工。
　　三、測試目的
　　為了保障高壓天然氣管道的安全，同時也為了對3.5m外沖孔樁施工時產(chǎn)生的振動波數(shù)據(jù)進行采集和分析，從而為后繼施工的高壓天然氣管道保護范圍內(nèi)的沖孔樁提供參考的依據(jù)。于2010年4月21日對第七標段的243號樁進行試沖時進行了振動監(jiān)測。
　　實際的做法是：在現(xiàn)場條件下，選擇同一施工參數(shù)，在243號樁基位置進行沖孔試驗，實測受振動波影響的高壓天然氣管道的振動速率，與管道設(shè)計時所規(guī)定的管道安全振速進行比較，然后再經(jīng)過軟件分析得出加速度，與管道的設(shè)計抗裂度對比，以確定樁基沖孔施工對高壓天然氣管道的最大影響。為制定樁基具體可行施工方案提供準確數(shù)據(jù)。
　　四、儀器設(shè)備
　　本次監(jiān)測采用成都中科測控有限公司生產(chǎn)的TC-4850型振動測試記錄儀，內(nèi)置記錄功能。數(shù)據(jù)記錄功能為連續(xù)模式，振動分析儀能同時顯示物理量、主頻及記錄發(fā)生時刻。
　　本儀器使用分離式振動傳感器，可對微小振動及超強振動進行測量。該產(chǎn)品面向爆破振動監(jiān)測、工程環(huán)境監(jiān)測、建筑、機電設(shè)備、交通運輸、機械振動等領(lǐng)域針對振動、壓力、應(yīng)力、位移、溫度、濕度等動態(tài)過程的監(jiān)測、記錄、報警和分析。該儀器及傳感器己通過中國測試技術(shù)研究院鑒定。
　　作為增強型的儀器的4850，具有以下主要技術(shù)指標：
　　
　　
　　傳感器采用北京中斯電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的ZCC-202型電磁式振動傳感器
　　ZCC-202型速度傳感器指標
　　頻率響應(yīng)：5-500Hz 轉(zhuǎn)換靈敏度：270士10%mV/cm/s
　　橫向靈敏度：10%  失真系數(shù)：03% 幅值線性度：5％最大位移：4mm
　　極限加速度：工作方向：100m/s2 非工作方向：40m/s2沖擊：300m/s2
　　輸出直流電阻：0.4/2.7KΩ 工作溫度：-30一+80℃ 外形尺寸：Φ35x70mm
　　五、測試原理
　　在巖土介質(zhì)中，由于高能量震源的瞬間激振（如爆破、打樁、強夯等），使巖土產(chǎn)生劇烈的振動，這種振動在巖土介質(zhì)中，依靠介質(zhì)相鄰點間的相互作用，以激振點（區(qū)域）為中心，以地震波的形式向外圍傳播。一般而言，地震波的振幅（或能量）隨著離開震源的距離增加而減小，這一現(xiàn)象稱為振動的衰減；其衰減的原因有兩個方面：
　　其一、地震波離升震源的距離越遠，其波陳面越大，即引起振動的區(qū)域越大，致使波陣面上能量密度減小，導(dǎo)致振動衰減。
　　其二、介質(zhì)發(fā)生振動，相鄰介質(zhì)或相鄰介質(zhì)的質(zhì)點發(fā)生摩擦，將傳播至此的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏�消耗掉，�?dǎo)致振動衰減。地震波的傳播與衰減，不僅會在三維空間內(nèi)表現(xiàn)出來，而且會在時間上表現(xiàn)出來。當我們沿著離開震源的矢徑方向在介質(zhì)表面布置傳感器時，質(zhì)點的振動波可以通過傳感器反應(yīng)出來。通過對所收集的質(zhì)點振動信號的研究分析，即可確定地震波的振動速度幅值，從而根據(jù)這種己知區(qū)的振動，推斷打樁、強夯或爆破施工振動對已有建（構(gòu)）筑物或管道等被保護物的影響。
　　六、現(xiàn)場采集
　　1、測點布設(shè)
　　本次測試所選試驗樁為243＃樁，質(zhì)點Z-1就選擇在高壓天然氣管道管距243＃最近的部位上，現(xiàn)場量測質(zhì)點Z-1距試驗沖孔位置的最近距離為3.5m。測試前在質(zhì)點Z-1部位開挖探坑，讓此部位的高壓天然氣管道外壁露出，在進行樁基沖孔試驗前把傳感設(shè)置在Z-1位置上，以質(zhì)點Z-1的振動數(shù)據(jù)來反映整條管線的振動情況。傳感器的采用三維坐標方式布設(shè)，量測徑向、切向和垂直振動波（沿天然氣管道方向為x方向，垂直于天然氣管道方向為Y方向，垂直于天然氣管道頂面平面方向為Z方向），測點放置兩個水平和一個垂直傳感器，傳感器托盤采用石膏粉（石膏粉加水攪拌，十分鐘后凝固）固定于Z-1處的高壓天然氣管道頂外壁上。三向測點上使用的水平傳感器方向與垂直向垂直，傳感器上的水平指示氣泡應(yīng)在中間。
　　2、數(shù)據(jù)采集
　　本次試驗采用的沖孔樁機的錘重約為4.9T，每次提升行程約為2.0m。準備工作就緒后，開啟振動測試記錄儀，開始進行沖孔，為了保證采集數(shù)據(jù)具有準確性和代表性，在Z-1位置共采集了20多組數(shù)據(jù)。
　　七、測試結(jié)果
　　1、原始數(shù)據(jù)
　　從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)中篩選出具有代表性的十組數(shù)據(jù)作為本次測試分析數(shù)據(jù)。
　　
　　
　　2、軟件分析結(jié)果
　　從以上原始數(shù)據(jù)中選擇質(zhì)點振動速度幅值最大的一組數(shù)據(jù)作為本次測試的成果。
　　本組數(shù)據(jù)在軟件中利用公式V合2=對三矢量數(shù)據(jù)進行矢量合成，其
　　中Vc、Vj、Vq分別為垂直向、徑向、切向最大振動速度，合成結(jié)果見表7-2.
　　
　　
　　
　　通過現(xiàn)場振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、資料處理及軟件分析，考慮到施工所采用的實際施工參數(shù)、監(jiān)測點到震源的實際距離和高壓天然氣管道實際狀況及分布情況，參考相關(guān)國家規(guī)范及標準，對監(jiān)測點位所受到的因樁基沖孔施工引起的振動，作如下安全判別：
　　1) 本次所監(jiān)測到的振動波速最大值為所列數(shù)據(jù)的第10組（見表7-1)，從數(shù)據(jù)中可明顯看出垂直振動速度大于水平（徑向）振動速度，可見施工前所開挖的減震溝和人工挖孔部分起到應(yīng)有的減震效果。
　　2) 本次所監(jiān)測到的振動速度三矢量合成值為1.31cm/s（見表7-2)，低于中華人民共和國國家標準《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）中的“一般房屋、非抗震的大型砌塊建筑物”的最低標準2.0cm/s，同時參照中華人民共和國國家標準《中國地震烈度表》(GB/T17742-1999)中的地震烈度七度最小峰值速度10cm/s,測試結(jié)果表明本次樁基沖孔試驗所產(chǎn)生的振動波對測點Z-1處的建（構(gòu)）筑物或管道具有一定影響，但不會造成危害。
　　3) 本次監(jiān)測結(jié)果符合管線的安全要求，但只適用于在沿高壓天然氣管道方向30m內(nèi)一臺設(shè)備進行樁基施工，所使用的樁基設(shè)備的錘重小于等于4.9T，每次提升行程小于等于2.0m，并且高壓天然氣管道與樁基的水平凈距要大于等于3.5m，并且在沖孔前要進行人工挖孔樁成孔，挖樁深度要大于5m，同時要滿足挖樁底標高要低于高壓天然氣管道底標高的條件。
　　八、結(jié)束語
　　本次試驗測試結(jié)果顯示：本次樁基沖孔施工產(chǎn)生的振動波速沒有超出高壓天然氣管道的安全標準，可以按照以上“安全判別”中的第四條要求進行正常施工，但在施工過程中要嚴格做好必要的管道保護措施，同時做好樁基施工區(qū)域的各項監(jiān)測工作，如發(fā)現(xiàn)異常時要及時匯報，停止施工并對管線進行檢測，無危險后方可繼續(xù)施工。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）
　　[2] 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB500112001）
　　[3] 《中國地震烈度表》(GB/T17742-1999)
　　[4] 《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》（GB50251-2003）
　　[5] 《石油天然氣管道保護條例》