变距中夹岩柱隧道振动信号研究

变距中夹岩柱隧道振动信号研究

宋永威

单仁亮

黄鹏程

孟

驰

张书鹏

赵

伟

王梦楠

（中国矿业大学（北京）北京

100083）

摘要以黑峪隧道改扩建为工程背景，采用小波包研究了爆破振动引起变距中夹岩柱振动信号的频率特性，结果表明：随着爆破次数的增加，各测点的爆心距逐渐增大，各测点三向振动能量逐渐向低频带过度，低频带能量百分比逐渐

3次爆破各测点三向0～93.75Hz范围内能量均高于90%，增大，但能量逐渐减小，说明爆破振动信号的能量主要集中在0～93.75区间，其中0～62.5Hz区间最为集中。

关键词爆破小波包能量频率

U452.2A中图分类号：文献标识码：0前言

小波变换的频带划分不均匀，但具有高频和低频的特点，导致高频信号分辨率低。小波包作为多分辨率分析的进一步推广，可以为信号分析提供更精确的方法。它将带多层次划分，没有进一步分解多尺度分割的高频部分，根据自适应信号分析的特点是根据波段选择，它与信号的频谱，从而提高时频分辨率，因此具有广泛的应用价值。一般来说，多分辨分析只分解信号的近似部分。其细节部分保留作为分解结果，不再分解；而小波包分解则对两者同时分解，使得分解序列在整个时域内都具有较高的分辨率且有相同的带宽。

爆破振动信号的小波包分析，是通过Matlab内置小波包编程对信号进行频带多层次划分，小波包多分辨率分析的进一步分解为低频和高频，并根据自适应信号特点选择相应的频带，可以与信号频谱相匹配，从而实现对爆破振动信号的特征提取的目的。

本文以黑峪隧道改扩建为工程背景，研究了中夹岩柱原隧道侧的振动信号的特征规律。

1监测方案

研究对象为K17+718～K17+808段黑峪隧道原隧道，净宽约4.3～6.3m，边墙高约3.4～5.3m。由于原隧道1.5m高处与新建隧道爆破断面中心为同一高程，属等效药量最大处，因此主要监测此高程的爆破振动特征，将振速传感器布置在既有隧道靠近开挖侧的直墙上高1.5m，每隔5m布置一侧点，同时由于原隧道顶部常年风化，因此也对其进行了监测，详见图1，爆破振动测振仪自动存储数据，经处理后对爆破振动信号进行分析。传感器x方向沿隧道进深方向（轴向），传感器y方向垂直于隧道轴线沿水平方向，传感器z方向垂直隧道轴线竖直向上（切向）。由于原隧道已经填埋至K17+760断面，因此不再随着施工进度的进展继续在原隧道内继续布点。

采用爆破测振仪M20对爆破过程实时监测，运用Matlab软件对监测的数据进行小波包分析，得出各测点振动能量，推导振动频率的衰减特性。

2监测结果分析

爆破震动信号的小波包分解为x(t)。信号x(t)投影到小波包基上，通过各个小波包系数反映爆破振动信号的不同特征。x(t)表达式如下：

(1)

)第i层第xi，j（式中，j(tj)为微振信号小波包分解到节点(i，

j频带）1，2，2i-1。上的重构信号，其中j=0，…，

利用小波包变换将爆破振动信号的能量信息映射到不同频段上，结合巴什瓦定理及公式（1）可知，第i层信号分量的能量为

(2)

vj，m为离散式中，m表示重构信号xi，j离散点对应的幅值；

2，n，n为采样数据长度。点个数，且m=1，…，

爆破振动信号总能量为

(3)

各频带的能量比例为

(4)

根据式（1）至式（4）编制小波包分析命令流，用Matlab调用上述命令流，统计并绘制各测点三向频带分布特性，如图2所示。

15.625～31.25由图2可知：第1次爆破0～15.625Hz、

Hz、31.25～46.875Hz、46.875～62.5Hz、62.5～78.125Hz、78.125～93.75Hz、93.75～109.375Hz、109.375～125Hz、125～140.635Hz、140.635～500Hz能量百分比最大值分别

58.72%、54.78%、40.52%、32.04%、9.01%、4.2%、为10.77%、

1.24%、1%、0.14%，说明爆破振动信号的能量主要集中在0～93.75区间，而0～15.625区间只有6%左右，第2次爆破0～15.625Hz区间能量百分比最大高达40.63%最小为5.1%，绝大多数都高于10%，第3次爆破0～15.625Hz区间能量百分

（a）横断面（b）右视图

图1：原隧道振动监测方案

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机|械|工|程

第1次第2次

图2：三次爆破能量百分比分布图

第3次

5、比最低为1号测点的4.17%，其他测点最低为12.6%，第4、

6、7次爆破0～15.625Hz区间能量百分比主次增加，最大值

82.85%、60.82%、73.71%，分别为44.63%、由此可以发现，随着

爆破次数的增加，低频段的能量百分比逐渐增大，虽有个别点出现了减小的现象，但总体趋势为逐渐增大。

2、3次爆破1号测点x方向在0～46.875Hz范围第1、

84.25%、89.48%，内的爆破能量百分比分别为43.25%、在0～

62.5Hz范围内的爆破能量百分比分别为68.84%、96.97%、98.91%、，在0～93.75Hz范围内的爆破能量百分比分别为95.46%、99.09%、99.98%，2、3次爆破1号测点由此可知第1、

x方向主要集中在93.75Hz以下，大于100Hz的能量微乎其微，甚至不足1%，只有极个别点能量大于1%，但也没有超过5%。同理可得其他各测点振动能量也在100Hz以下。且主要集中在0～62.5Hz区间。

3结语

随着爆破次数的增加（掘进深度增加），各测点与爆源的距离（爆心距）增加，各测点的振动频率逐渐降低，主振频带逐

3次爆破各渐向低频带过度，低频带的能量百分比逐渐增大，

测点三向0～93.75Hz范围内能量均高于90%，说明爆破振动信号的能量主要集中在0～93.75区间，其中0～62.5Hz区间最为集中。

作者简介；宋永威(1991-)男，河南省许昌市人，博士研究生，岩土工程。参考文献

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（上接第257页）据仿真数值结果来检验电路产品设计的可行性。因此，虚拟仿真技术在视频监控系统的应用不仅能够简化设计过程，还能对视频监控系统的虚拟产品进行仿真运行，从而完成一系列的电子产品设计。有针对性的对相关视频监控系统一一进行接入，利用核心调度服务器，实现对多源异构视频监控系统进行整合接入和集中交互管理。

4交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术应用模式4.1交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术多网互通方案

通过双网部署的方式，解决交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术中视频专网的语音不能过边界进入公安信息网的问题。

4.2交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术统一集成接口

统一交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术中对外提

SDK接口，供SIP对接接口、提供集成API/OCX/DLL等相关

控件对接方式。

4.3交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术统一资源服务管理

通过建设资源服务管理系统支持统一交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术管理和设备管理功能。

5结论

交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术应用模式的建设基于Creator的虚拟场景建模技术、基于Vega的视景驱动

技术、碰撞检测技术、三通道同步视景显示技术、基于Multi-Agent的车辆行为建模技术、仿真状态信息的动态显示技术等。在可以满足处置突发事件语音调度的同时，还可以对现场进行视频调度或视频呼叫，从而使指挥中心直观了解现场情况，打破各个独立系统间的信息孤岛现象。满足公安机关落实扁平化、可视化指挥的需要，更加有效的节约警力，提高处置效率，增强信息共享能力。实际的应用结果表明，该系统可以在道路设计阶段对设计方案进行量化的运营效果模拟和安全评价，从而达到优化设计方案、提高道路运营安全性的目的。通过利用交通警用视频监控系统融合虚拟仿真技术应用模式在公安指挥调度方面进行有益的探索，有效利用公安现有信息化建设，打破各个通信系统间信息壁垒，在技术层面实现指挥和情报、指挥和视频、指挥和PGIS、指挥和前端等的融合贯通。有效整合各类资源，提高执法效率与快速反应能力，及时预防和打击违法犯罪行为，并为警务决策提供通信支撑，对公安工作起到积极的推动作用，充分体现科技强警的重要现实意义，这是公共安全行业的进一步发展方向，也是“科技强警”战略的具体体现。参考文献

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