摘要本文通過工程實例，介紹了如何對沖孔樁施工時產生的振動波進行監測和分析，以保障近距離范圍內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。
　　關鍵詞振動監測；沖孔樁；高壓天然氣管道
　　
　　
　　一、前言
　　隨著城市建設的迅速發展，許多大型的施工項目在城市內不斷的開展。而這些項目在遇到早期鋪設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，沖孔過程中傳導到周邊土體內的振動波有可能導致鋼質天然氣管道焊縫產生金屬疲勞進而失效發生爆炸，釀成重大安全事故。如何量化和判斷振動波對鋼質天然氣管道的影響，往往成為施工單位和管道產權單位爭論的焦點。本文結合相關的工程實例，講述了如何采用振動監測技術對振動波數據進行采集和分析，從而推斷出滿足鋼質天然氣管道安全施工條件的結論。
　　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，施工場地內有現狀鋼質高壓天然氣管道約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現澆梁右側樁基礎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的擾動。同時，根據現場地質情況，樁基礎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外沖孔樁施工時產生的振動波數據進行采集和分析，從而為后繼施工的高壓天然氣管道保護范圍內的沖孔樁提供參考的依據。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測。
　　實際的做法是：在現場條件下，選擇同一施工參數，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，與管道設計時所規定的管道安全振速進行比較，然后再經過軟件分析得出加速度，與管道的設計抗裂度對比，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據。
　　四、儀器設備
　　本次監測采用成都中科測控有限公司生產的TC-4850型振動測試記錄儀，內置記錄功能。數據記錄功能為連續模式，振動分析儀能同時顯示物理量、主頻及記錄發生時刻。
　　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。該產品面向爆破振動監測、工程環境監測、建筑、機電設備、交通運輸、機械振動等領域針對振動、壓力、應力、位移、溫度、濕度等動態過程的監測、記錄、報警和分析。該儀器及傳感器己通過中國測試技術研究院鑒定。
　　作為增強型的儀器的4850，具有以下主要技術指標：
　　
　　
　　傳感器采用北京中斯電子技術研究所生產的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：5-500Hz 轉換靈敏度：270士10%mV/cm/s
　　橫向靈敏度：10%  失真系數：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），使巖土產生劇烈的振動，這種振動在巖土介質中，依靠介質相鄰點間的相互作用，以激振點（區域）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，即引起振動的區域越大，致使波陣面上能量密度減小，導致振動衰減。
　　其二、介質發生振動，相鄰介質或相鄰介質的質點發生摩擦，將傳播至此的動能轉變為熱能而消耗掉，導致振動衰減。地震波的傳播與衰減，不僅會在三維空間內表現出來，而且會在時間上表現出來。當我們沿著離開震源的矢徑方向在介質表面布置傳感器時，質點的振動波可以通過傳感器反應出來。通過對所收集的質點振動信號的研究分析，即可確定地震波的振動速度幅值，從而根據這種己知區的振動，推斷打樁、強夯或爆破施工振動對已有建（構）筑物或管道等被保護物的影響。
　　六、現場采集
　　1、測點布設
　　本次測試所選試驗樁為243＃樁，質點Z-1就選擇在高壓天然氣管道管距243＃最近的部位上，現場量測質點Z-1距試驗沖孔位置的最近距離為3.5m。測試前在質點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置在Z-1位置上，以質點Z-1的振動數據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，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在中間。
　　2、數據采集
　　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，為了保證采集數據具有準確性和代表性，在Z-1位置共采集了20多組數據。
　　七、測試結果
　　1、原始數據
　　從現場采集的數據中篩選出具有代表性的十組數據作為本次測試分析數據。
　　
　　
　　2、軟件分析結果
　　從以上原始數據中選擇質點振動速度幅值最大的一組數據作為本次測試的成果。
　　本組數據在軟件中利用公式V合2=對三矢量數據進行矢量合成，其
　　中Vc、Vj、Vq分別為垂直向、徑向、切向最大振動速度，合成結果見表7-2.
　　
　　
　　
　　通過現場振動監測數據采集、資料處理及軟件分析，考慮到施工所采用的實際施工參數、監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，參考相關國家規范及標準，對監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) 本次所監測到的振動波速最大值為所列數據的第10組（見表7-1)，從數據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有的減震效果。
　　2) 本次所監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,測試結果表明本次樁基沖孔試驗所產生的振動波對測點Z-1處的建（構）筑物或管道具有一定影響，但不會造成危害。
　　3) 本次監測結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內一臺設備進行樁基施工，所使用的樁基設備的錘重小于等于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、結束語
　　本次試驗測試結果顯示：本次樁基沖孔施工產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域的各項監測工作，如發現異常時要及時匯報，停止施工并對管線進行檢測，無危險后方可繼續施工。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 《爆破安全規程》（GB6722-2003）
　　[2] 《建筑抗震設計規范》（GB500112001）
　　[3] 《中國地震烈度表》(GB/T17742-1999)
　　[4] 《輸氣管道工程設計規范》（GB50251-2003）
　　[5] 《石油天然氣管道保護條例》