《敞開(kāi)式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》

ICS

CCS

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2024

敞開(kāi)式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測(cè)

技術(shù)規(guī)程

TechnicalSpecificationforVibrationMonitoringinOpenTBMTunnel

（征求意見(jiàn)稿）

2024-X-X發(fā)布2024-X-X實(shí)施

中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)?發(fā)布

敞開(kāi)式TBM施工隧道振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程

1范圍

本文件規(guī)定了TBM關(guān)鍵部位及掌子面后方圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理的方法與技術(shù)要求。

本文件適用于TBM關(guān)鍵部位（刀盤(pán)、撐靴、護(hù)盾）的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于TBM開(kāi)挖振

動(dòng)效應(yīng)引起掌子面后方圍巖表面振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2規(guī)范性引用文件

GB/T41052-2021全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

GB/T41051-2021全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)巖石隧道掘進(jìn)機(jī)安全要求

GB/T34652-2017全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)敞開(kāi)式巖石隧道掘進(jìn)機(jī)

TB10313-2019鐵路工程爆破振動(dòng)安全技術(shù)規(guī)程

T/CECS986-2021爆破安全監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

TBM關(guān)鍵部位TBMKeyposition

TBM施工過(guò)程中與圍巖接觸，其振動(dòng)可引起圍巖性質(zhì)變化的部位如刀盤(pán)、撐靴、護(hù)盾等。

3.2

TBM施工振動(dòng)TBMvibration

TBM法施工時(shí)刀盤(pán)在掌子面的巖面上連續(xù)滾壓和切削進(jìn)行破巖，在侵入硬巖時(shí)，單把滾

刀所承受的法向推力最高可達(dá)數(shù)十噸，并且硬巖彈脆性損傷的特點(diǎn)決定了滾刀破巖是伴隨著

振動(dòng)與沖擊的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此在掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)不斷切削擠壓巖體產(chǎn)生一種波并呈球形向周

圍巖體擴(kuò)散引起振動(dòng)，稱(chēng)為T(mén)BM施工振動(dòng)。

3.3

TBM振動(dòng)有害效應(yīng)adverseeffectsofTBMvibration

TBM振動(dòng)對(duì)掌子面附近圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)引起的地質(zhì)災(zāi)害如塌方、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害和主軸、

主驅(qū)動(dòng)電機(jī)等機(jī)械構(gòu)件設(shè)備等振動(dòng)引起的有害效應(yīng)。

3.4

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度particlevibrationvelocity

1

在TBM施工引起的振動(dòng)作用下，介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。

3.5

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度particlevibrationacceleration

TBM施工振動(dòng)引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的加速度。

3.6

主振頻率mainvibrationfrequency

介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)幅值-頻率曲線中最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率。

3.7

監(jiān)測(cè)點(diǎn)monitoringpoints

直接或間接設(shè)置在研究對(duì)象上并能反映其振動(dòng)變化特征的觀測(cè)點(diǎn)。

4基本規(guī)定

4.1TBM振動(dòng)應(yīng)采取儀器監(jiān)測(cè)、宏觀調(diào)查和巡視檢查相結(jié)合的方法。

本條是監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)遵循的監(jiān)測(cè)工作的基本程序，宏觀調(diào)查的試驗(yàn)段應(yīng)大于儀器監(jiān)測(cè)測(cè)量

點(diǎn)的部位。宏觀調(diào)查、巡視檢查應(yīng)按本文件附錄D進(jìn)行記錄，并于儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分

析。

4.2TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)包括質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度監(jiān)測(cè)。

4.3TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘及掘進(jìn)資料收集，應(yīng)編制監(jiān)測(cè)實(shí)施方案，包括工程名稱(chēng)、

工程概況、測(cè)點(diǎn)位置、監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)步驟和預(yù)期成果等內(nèi)容。

本條對(duì)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及資料收集提出了要求。為了正確地對(duì)TBM振動(dòng)擾動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，

提高監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量，做到有的放矢，應(yīng)盡可能詳細(xì)了解和收集有關(guān)技術(shù)資料，包括地形、地

質(zhì)及其他觀測(cè)資料，以及工程TBM施工具體資料（掘進(jìn)里程、掘進(jìn)參數(shù)等），通過(guò)調(diào)查進(jìn)一

步明確具體要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的可行性，確定監(jiān)測(cè)目的、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)范圍和監(jiān)測(cè)頻次。

4.4TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)分為T(mén)BM關(guān)鍵部位振動(dòng)監(jiān)測(cè)和TBM開(kāi)挖擾動(dòng)圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

本條中的TBM關(guān)鍵部位指的是TBM施工過(guò)程中與圍巖接觸，其振動(dòng)可引起圍巖性質(zhì)變

化的部位如刀盤(pán)、撐靴、護(hù)盾等。

刀盤(pán)是TBM破巖的核心部件，長(zhǎng)期工作在長(zhǎng)距離、大埋深的環(huán)境中，還可能會(huì)遇到高

硬度、高石英含量的極端圍巖環(huán)境，且刀盤(pán)滾刀具有多點(diǎn)破巖的特點(diǎn)，使刀盤(pán)在工作過(guò)程中

承受多點(diǎn)強(qiáng)沖擊破巖載荷，極易引起刀盤(pán)的劇烈振動(dòng)，而長(zhǎng)期的振動(dòng)往往會(huì)造成刀盤(pán)面板開(kāi)

裂、主軸承密封失效、齒輪崩齒、連接螺栓斷裂、主梁焊縫開(kāi)裂等嚴(yán)重的工程問(wèn)題，極大地

影響隧道施工的效率和安全。

敞開(kāi)式TBM護(hù)盾的主要作用之一是提供支護(hù)，以防止巖石坍塌，護(hù)盾緊緊嵌入破碎巖

石之中。而TBM護(hù)盾振動(dòng)傳導(dǎo)到周?chē)鷰r體必定會(huì)引起圍巖損傷加劇，通過(guò)監(jiān)測(cè)護(hù)盾振動(dòng)效應(yīng)，

2

可以評(píng)估TBM施工對(duì)周?chē)鷰r體的影響。

敞開(kāi)式TBM主要應(yīng)用在硬巖地質(zhì)條件下，巖層強(qiáng)度多變，從刀盤(pán)傳遞過(guò)來(lái)的扭矩也隨之

改變，由此會(huì)產(chǎn)生不規(guī)律地高頻振動(dòng)。撐靴作為支撐結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于給刀盤(pán)提供一個(gè)掘進(jìn)反力，

撐靴位置處必然會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，撐靴位置處的振動(dòng)對(duì)圍巖破壞模式和機(jī)理的影響不可忽視。

TBM法施工時(shí)應(yīng)用刀盤(pán)在掌子面的巖面上連續(xù)滾壓和切削進(jìn)行破巖，因此在掘進(jìn)過(guò)程中

刀盤(pán)不斷切削巖體產(chǎn)生的振動(dòng)源源不斷傳向掌子面后方圍巖，形成一種長(zhǎng)時(shí)持續(xù)擾動(dòng)，對(duì)掌

子面后方各種地質(zhì)災(zāi)害的孕育有重要影響，因此TBM開(kāi)挖擾動(dòng)圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)有重要意義

4.5應(yīng)收集TBM掘進(jìn)參數(shù)，綜合分析其與TBM振動(dòng)的關(guān)系，為T(mén)BM振動(dòng)控制提出合理有效

的方案。

本條中提到的TBM振動(dòng)的控制可采取下列措施：優(yōu)化總推進(jìn)力、貫入度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、

刀盤(pán)扭矩等掘進(jìn)參數(shù)減小開(kāi)擾動(dòng)效應(yīng)，調(diào)整護(hù)盾和撐靴壓力以控制振動(dòng)效應(yīng)。還可通過(guò)降低

掘進(jìn)速率、加強(qiáng)支護(hù)等措施來(lái)控制振動(dòng)效應(yīng)。

5監(jiān)測(cè)設(shè)備

5.1監(jiān)測(cè)設(shè)備采集速度和加速度范圍、采樣頻率、采樣精度應(yīng)滿(mǎn)足采集要求。

本條的振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備精度應(yīng)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5%，測(cè)試等級(jí)應(yīng)優(yōu)于JJG676-2019《測(cè)振儀》

要求，速度、加速度、頻響量程要滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)需要。

TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備通常由振動(dòng)傳感器、控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）以及供電系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

圖1TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

5.2儀器設(shè)備投入使用前，應(yīng)經(jīng)過(guò)檢定和校準(zhǔn)。

5.3監(jiān)測(cè)過(guò)程中應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀器、設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、檢測(cè)以及監(jiān)測(cè)元器件的檢查。

本條是由于測(cè)振儀中某些元器件的電氣性能和機(jī)械性能會(huì)因使用和存放時(shí)間發(fā)生變化，

而傳感器屬于敏感器件，現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境條件差，顛簸振動(dòng)較大，容易受損。測(cè)試儀器應(yīng)經(jīng)計(jì)

量部門(mén)檢定或校準(zhǔn)，檢定或校準(zhǔn)周期不宜超過(guò)1年。

5.4TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)可采取連續(xù)更換傳感器監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期無(wú)人在線監(jiān)測(cè)兩種方式。

3

本條的TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)根據(jù)監(jiān)測(cè)方法分為有線式和無(wú)線式，根據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)間可分為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

和臨時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)方案必要時(shí)可采取永臨結(jié)合、統(tǒng)籌兼顧的監(jiān)測(cè)方法。

5.5監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝應(yīng)滿(mǎn)足TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案、監(jiān)測(cè)目的和施工要求。

5.6TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備工作溫度、防護(hù)等級(jí)、尺寸大小要能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣施工條件。

本條的TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)包含速度傳感器或加速度傳感器、記錄設(shè)備等，并應(yīng)符合下

列規(guī)定：

1傳感器頻帶線性范圍應(yīng)符合監(jiān)測(cè)要求。

2監(jiān)測(cè)儀器防塵、防潮性能應(yīng)滿(mǎn)足IP65防護(hù)等級(jí)要求，扛高溫和低溫性能宜滿(mǎn)足-30℃

-~50℃的監(jiān)測(cè)環(huán)境要求。

6TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)

6.1一般規(guī)定

6.1.1TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)選取的試驗(yàn)段應(yīng)具有典型性，監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)能滿(mǎn)足測(cè)試目的且能為后續(xù)

室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

6.1.2TBM圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)斷面的在軸向和徑向上的布置應(yīng)不少于3個(gè)。完整的TBM振動(dòng)監(jiān)

測(cè)過(guò)程分為三個(gè)階段，分別是監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備階段、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)階段、數(shù)據(jù)回放處理階段。

本條提到的完整的TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)流程如圖2所示

圖2TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)流程圖

6.1.3應(yīng)記錄監(jiān)測(cè)時(shí)的掌子面樁號(hào)、測(cè)試點(diǎn)與掌子面之間的地質(zhì)信息等。

本條提到的地質(zhì)信息重點(diǎn)是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的整體情況，包括巖性、地質(zhì)災(zāi)害、結(jié)構(gòu)

面、滲水情況等，進(jìn)行詳細(xì)描述記錄，同時(shí)還應(yīng)采取測(cè)量、攝影或錄像等手段進(jìn)行宏觀調(diào)查，

并對(duì)照振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害受TBM開(kāi)挖擾動(dòng)影響的程度，主要包括輕微、中等、重。

4

TBM施工前后對(duì)比的主要內(nèi)容應(yīng)包括：

（1）災(zāi)害區(qū)域的深度、寬度進(jìn)一步變化情況。

（2）災(zāi)害區(qū)域破碎程度有無(wú)進(jìn)一步加深情況。

（3）節(jié)理裂隙有無(wú)進(jìn)一步發(fā)育情況。

6.1.4TBM施工掌子面后方圍巖振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)避開(kāi)溝槽、破碎帶、空洞等存在不良地

質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害的位置，且宜選擇同一基巖平面。

6.1.5傳感器布置要考慮地應(yīng)力、應(yīng)力集中區(qū)、結(jié)構(gòu)面、斷層等關(guān)鍵地質(zhì)因素。

本條由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性和介質(zhì)的非均質(zhì)性，振動(dòng)波在傳播過(guò)程中受地應(yīng)力、應(yīng)

力集中區(qū)、結(jié)構(gòu)面、斷層、地層巖性等關(guān)鍵環(huán)境因素影響較大。傳感器布置時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮這

些特殊因素進(jìn)行布置。

6.2監(jiān)測(cè)準(zhǔn)備

6.2.1布設(shè)表面應(yīng)進(jìn)行清潔處理，清除表面異物。

本條在于巖石介質(zhì)表面上安裝設(shè)備前，對(duì)安裝點(diǎn)表面要進(jìn)行表面平整、清理或清洗。

6.2.2進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)試，調(diào)試出合適該次試驗(yàn)段采集的觸發(fā)電平。

本條是由于在內(nèi)觸發(fā)的條件下，微小的波動(dòng)信號(hào)進(jìn)入輸入通道后也有可能會(huì)造成誤觸發(fā)

而導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。因此在正式的振動(dòng)監(jiān)測(cè)前，必須做一兩次探索性的振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

以獲得合適觸發(fā)電平，這樣既可阻止干擾引起的誤觸發(fā)，又能保證可靠觸發(fā)。

6.2.3將傳感器與底座擰緊，將傳感器XY方向在底座上標(biāo)記出，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安裝時(shí)對(duì)方

向的把控。

本條中傳感器應(yīng)注意定位方向，約定傳感器的X方向?yàn)樗捷S向，Y方向?yàn)樗綇较颍?/p>

Z方向?yàn)榇怪毕?。安裝時(shí)應(yīng)統(tǒng)一使傳感器的X方向均指向掌子面方向，便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理分

析。

6.2.4應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，并保持每個(gè)傳感器方向與所監(jiān)測(cè)振動(dòng)的徑向和切向一致，

且每個(gè)傳感器安裝角度誤差不大于3°。

6.2.5在TBM關(guān)鍵部位及圍巖表面振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，傳感器與被測(cè)部位應(yīng)緊密耦合，越接近剛

性連接，耦合效果越好。在圍巖內(nèi)部安裝時(shí)，充填材料波阻抗應(yīng)與圍巖波阻抗一致。

本條是由于傳感器是反映被測(cè)信號(hào)的關(guān)鍵設(shè)備，為了能正確反映所測(cè)信號(hào)，除了傳

感器本身的性能指標(biāo)滿(mǎn)足一定要求外，傳感器的安裝、定位也是極為重要的。為了可靠地得

到TBM振動(dòng)或結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的記錄，傳感器必須與被測(cè)點(diǎn)的表面牢固地剛性結(jié)合在一起確保

傳感器與被測(cè)體同步振動(dòng)，同時(shí)應(yīng)避免TBM開(kāi)挖施工時(shí)傳感器松動(dòng)、滑落，使記錄的振動(dòng)信

號(hào)失真。

6.3監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及步驟

6.3.1TBM刀盤(pán)振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行

5

a)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取典型的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)段。

b)將振動(dòng)傳感器通過(guò)焊接的方式安裝在TBM刀盤(pán)處，將線捋順并做好防護(hù)。

c)將配電箱及網(wǎng)關(guān)安裝在主梁前端，用來(lái)接收振動(dòng)傳感器信號(hào)。

d)設(shè)備開(kāi)機(jī)，連接上位機(jī)軟件，設(shè)置采集時(shí)間、采集模式、采集段數(shù)、觸發(fā)模式、觸發(fā)

電平等參數(shù)。

e)進(jìn)行設(shè)備調(diào)零，敲擊測(cè)試，查看波形，同時(shí)記錄XYZ傾角。

f)啟動(dòng)采集，采集結(jié)束后取下設(shè)備及讀取數(shù)據(jù)

刀盤(pán)振動(dòng)監(jiān)測(cè)因其安裝難度，建議采用長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)傳輸方式監(jiān)測(cè)，通過(guò)網(wǎng)線將主梁前端

安裝的網(wǎng)關(guān)接入TBM控制室網(wǎng)口，傳入施工現(xiàn)場(chǎng)的服務(wù)器，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器內(nèi)部使用專(zhuān)用通

訊軟件通過(guò)因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳入在其子網(wǎng)下的本地服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí)要定期檢查傳感器安裝是否松動(dòng)、受損，做到及時(shí)反饋調(diào)整。

6.3.2TBM護(hù)盾及撐靴振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行

a)同第6.3步驟“a）”。

b)布設(shè)測(cè)點(diǎn)，借助磁力和膠水將傳感器底座耦合在護(hù)盾和撐靴上，布設(shè)時(shí)將所有傳感器

X方向均指向掌子面。

c)將振動(dòng)傳感器和底座剛性螺接、旋緊，確保傳感器X方向指向掌子面

d)設(shè)備開(kāi)機(jī)，連接上位機(jī)軟件，設(shè)置采集時(shí)間、采集模式、采集段數(shù)、觸發(fā)模式、觸發(fā)

電平等參數(shù)。

e)進(jìn)行設(shè)備調(diào)零，敲擊測(cè)試，查看波形，同時(shí)記錄XYZ傾角。

f)啟動(dòng)采集，采集結(jié)束后取下設(shè)備及讀取數(shù)據(jù)。

TBM護(hù)盾及撐靴振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)際安裝位置如下圖：

圖3護(hù)盾尾部傳感器安裝示例圖4撐靴位置傳感器安裝示例

6.3.3TBM施工圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行

a)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取合適的錨桿墊片。

6

b)布設(shè)測(cè)點(diǎn)，借助磁力和膠水將傳感器底座耦合在錨桿墊片上，布設(shè)時(shí)將X方向均朝

向掌子面。

c)同第6.4步驟“c）”。

d)同第6.4步驟“d）”。

e)同第6.4步驟“e）”。

f)同第6.4步驟“f）”。

TBM施工圍巖振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)際安裝位置如下圖：

圖5圍巖表面?zhèn)鞲衅靼惭b示例

6.3.4TBM施工圍巖內(nèi)部振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行

a)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取合適的監(jiān)測(cè)斷面，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。

b)根據(jù)試驗(yàn)方案設(shè)置多個(gè)斷面、鉆孔。

c)利用定制接管安裝傳感器，傳輸線引出孔口并用膠管防護(hù)。

d)利用泵輸送封堵材料到鉆孔中固定傳感器。

e)同第6.3步驟“e）”。

f)同第6.3步驟“f）”。

由于TBM圍巖內(nèi)部振動(dòng)傳感器的監(jiān)測(cè)是由于隨著與洞壁距離的增加，圍巖承載能力下

降，能量積聚與釋放特性也不同，圍巖破壞由脆性拉破壞逐漸過(guò)渡到延性剪破壞，TBM擾動(dòng)

效應(yīng)也不同。因此應(yīng)基于隧道圍巖地質(zhì)資料及數(shù)值模擬結(jié)果，確定隧道圍巖承載能力變化的

位置，探究圍巖內(nèi)部不同徑向深度部位TBM開(kāi)挖擾動(dòng)效應(yīng)。

7數(shù)據(jù)處理

7.1一般規(guī)定

7

7.1.1應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和清洗。

本條是由于TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)條件非常復(fù)雜、影響因素眾多，儀器監(jiān)測(cè)成果可能

因?yàn)楸O(jiān)測(cè)儀器、設(shè)備、元器件和傳感器等問(wèn)題出現(xiàn)偏差，因此，完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)后，應(yīng)對(duì)地質(zhì)

資料、災(zāi)害資料、數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理、分析和校對(duì)。

7.1.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)輸入專(zhuān)用分析系統(tǒng)進(jìn)行處理，確定各監(jiān)測(cè)物理量的振速峰值、頻率峰值。

7.1.3數(shù)據(jù)下載時(shí)，因數(shù)據(jù)量很大，應(yīng)先根據(jù)掘進(jìn)信息初步篩選掉掘進(jìn)時(shí)間段外的數(shù)據(jù)。

7.1.4數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際掘進(jìn)情況并結(jié)合記錄波形篩選數(shù)據(jù)。

7.1.5作圖時(shí)選取典型TBM振動(dòng)數(shù)據(jù)，完整波形圖含兩段或兩段以上即可。

本條因TBM振動(dòng)為長(zhǎng)時(shí)連續(xù)振動(dòng)，從整體做波形圖以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從局部做波形圖以

進(jìn)行分析細(xì)節(jié)。

7.1.6應(yīng)記錄掘進(jìn)參數(shù)和地質(zhì)數(shù)據(jù)，并加以分析統(tǒng)計(jì)。

本條的掘進(jìn)參數(shù)是指推力、扭矩、轉(zhuǎn)速、貫入度、掘進(jìn)速度等，可與振動(dòng)數(shù)據(jù)匹配并

進(jìn)行相關(guān)性分析。

7.2數(shù)據(jù)處理

7.2.1數(shù)據(jù)處理分為數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析三大部分

監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)數(shù)據(jù)處理流程宜按圖1進(jìn)行

圖6數(shù)據(jù)處理流程圖

7.2.2數(shù)據(jù)篩選階段通過(guò)地質(zhì)數(shù)據(jù)、掘進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)三部分合并匹配和清洗篩選

得到最終數(shù)據(jù)。

7.2.3數(shù)據(jù)預(yù)處理可通過(guò)加減直流量、數(shù)字濾波、直線滑動(dòng)平均進(jìn)行處理。

本條提到的加減直流量處理是由于盡管在振動(dòng)監(jiān)測(cè)前已經(jīng)將傳感器置零，但是在監(jiān)

測(cè)過(guò)程中振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果大多還是帶有一定的直流分量，導(dǎo)致振動(dòng)波形呈現(xiàn)出基線漂移。其振

動(dòng)數(shù)據(jù)的平衡點(diǎn)不在左邊的零點(diǎn)位置處，這時(shí)需要對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行加減直流量處理。通常的

8

處理方法就是以振動(dòng)信號(hào)的平均值作為直流量的估計(jì)值，然后用振動(dòng)監(jiān)測(cè)值加減該直流分量

估計(jì)值將其剔除，某次掘進(jìn)TBM振動(dòng)數(shù)據(jù)加減直流量處理前后

加減直流量處理前

加減直流量處理后

可看出加減直流量并不改變時(shí)域波形的形態(tài)，只是將監(jiān)測(cè)的時(shí)域波形信號(hào)基線調(diào)整到零

位。

本條提到的數(shù)字濾波是由于在進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和拾取時(shí)，大地脈動(dòng)、工頻干擾，以

及其他的隨機(jī)干擾等會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)的失真，所以在數(shù)據(jù)分析之前首先需要對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)

進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波主要是從頻域上對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，剔除干擾頻率的波形，從而讓振

動(dòng)的時(shí)域波形更加趨近于被測(cè)物體的實(shí)際振動(dòng)波形。數(shù)字濾波主要可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波、

高通濾波，以及帶阻濾波等。

本條提到的直線滑動(dòng)平均算法是由于TBM施工過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)中受到TBM動(dòng)態(tài)破巖

和設(shè)備振動(dòng)的影響，存在一些噪聲。為了消除掘進(jìn)過(guò)程中的白噪聲，可采用滑動(dòng)均值濾波來(lái)

處理。取窗口長(zhǎng)度為n，從第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開(kāi)始，計(jì)算相鄰的n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的算術(shù)平均值并作

為該點(diǎn)濾波之后的新值，即

1t

xtxi

nitn1

均值濾波的窗口長(zhǎng)度決定影響該點(diǎn)數(shù)值的數(shù)據(jù)范圍，當(dāng)選擇較大的窗口長(zhǎng)度時(shí)，可得到更加

平滑曲線，但是忽視了很多數(shù)據(jù)的變化細(xì)節(jié)，如果選擇的窗口長(zhǎng)度過(guò)小，則噪聲消除的效果

9

不夠理想，因此選擇合適的窗口長(zhǎng)度也很關(guān)鍵。

7.2.4數(shù)據(jù)分析階段可通過(guò)量綱分析、數(shù)據(jù)擬合等方法對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行分

析。

8報(bào)告編制

8.1TBM振動(dòng)測(cè)試完成后應(yīng)進(jìn)行成果整理，數(shù)據(jù)記錄表參見(jiàn)附錄D。

8.2TBM振動(dòng)測(cè)試報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a)工程地質(zhì)背景。TBM振動(dòng)測(cè)試前應(yīng)編制監(jiān)測(cè)實(shí)施方案，宜包含工程名稱(chēng)、工程概況、

測(cè)量目的、測(cè)點(diǎn)位置、監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)步驟和預(yù)期成果等內(nèi)容。

b)編制依據(jù)。

c)記錄監(jiān)測(cè)過(guò)程中實(shí)際的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量步驟。

d)TBM振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析與成果整理。

e)結(jié)論與建議。

f)測(cè)試過(guò)程與數(shù)據(jù)的附圖與附表。

8.3各類(lèi)監(jiān)測(cè)報(bào)告均應(yīng)以表格、圖形等形象和直觀的表達(dá)形式表示出監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)變化

情況，當(dāng)日?qǐng)?bào)表是信息化施工的重要依據(jù)。每日測(cè)試完成后、監(jiān)測(cè)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

和分析、形成日?qǐng)?bào)。

8.4監(jiān)測(cè)工作全部完成后，應(yīng)整理完成整個(gè)工程監(jiān)測(cè)的成果報(bào)告，對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和宏觀

調(diào)查信息進(jìn)行匯總、分析和說(shuō)明，對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。為以后的TBM施工工

程監(jiān)測(cè)工作積累經(jīng)驗(yàn)，以便于相關(guān)工程監(jiān)測(cè)借鑒參考。

8.5報(bào)告中的不常用符號(hào)應(yīng)作說(shuō)明，有參考引文的應(yīng)標(biāo)明引文的作者、名稱(chēng)等信息。

10

附錄A

（資料性）

TBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要設(shè)備

表ATBM振動(dòng)監(jiān)測(cè)主要設(shè)備的規(guī)格參數(shù)

測(cè)量范圍

工作溫度

傳感器類(lèi)型尺寸/mm加速度速度測(cè)量精度

/℃

/g/cm/s

直徑：500.001～

iSV-4200.01～400.5%-20～60

三軸智能振動(dòng)高：7040

傳感器直徑：420.001～

SV-3160.01～400.5%-20～60

高：4840

微型智能振動(dòng)傳感器32×32×12±40±1000.5%-20～60

注：微型智能振動(dòng)傳感器適用于灌封結(jié)構(gòu)體振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可用于圍巖內(nèi)部振動(dòng)監(jiān)測(cè)

11

附錄B

（規(guī)范性）

B.1加速度傳感器收集時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

B.2FFT結(jié)果通常是復(fù)數(shù)形式，需計(jì)算其模（即幅度）來(lái)獲取幅度譜。或者計(jì)算其相位角

獲得幅度譜，將FFT結(jié)果映射到具體的頻率值。

B.3快速傅里葉變換應(yīng)符合如下規(guī)定：

a)FFT應(yīng)按式（B.1）計(jì)算確定：

（B.1）

2?

??1?????

b)幅度譜按式（B.2）計(jì)?算?確=定