1.本发明涉及工程监测技术领域，具体是一种地铁通行近域内工程桩监测装置及方法。
背景技术：2.地铁在运行过程中，其车轮与钢轨的耦合作用产生振源，并通过道床、隧道衬砌、土层，再通过建筑物的桩基础传至地面及邻近建筑物，引发室内楼板、墙壁、门窗的振动并继发二次辐射噪声，干扰居民的日常生活和工作，而在临近地铁周边建设居住、文教、商业等建筑项目时，对振动和噪声的舒适度要求较高，因此，在施工前，需要先通过试验桩进行振幅、频率的监测，并对试验桩采取隔振、减振措施，达到设计要求后，才可以进行正式施打工程桩。
3.中国专利公开了地铁运行时地面建筑物垂向z振级监测的信号感应装置及方法(授权公告号cn108318128a)，该专利技术采用射频技术获取地铁的运行信息，自动控制信号感应装置操控振级监测仪器，实现地铁运行时地面建筑物垂向z振级自动监测，提高获取有效数据的效率，但是其无法监测建筑物内的居民受到振动的影响。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种地铁通行近域内工程桩监测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种地铁通行近域内工程桩监测装置，包括分布式网络动态信号分析仪、低频压电式加速度传感器、内镀锌管、外镀锌管、橡胶隔振层，所述橡胶隔振层、内镀锌管和外镀锌管均安装在桩孔的内侧，所述内镀锌管设置有2根，2根所述内镀锌管均布置在橡胶隔振层内侧且靠近桩芯处，所述外镀锌管设置有4根，4根所述外镀锌管均环绕布置在橡胶隔振层的外侧；所述内镀锌管和外镀锌管的上端均为开口端，且内镀锌管和外镀锌管的下端均为闭口端，所述内镀锌管和外镀锌管的外侧均安装有若干个低频压电式加速度传感器，所述低频压电式加速度传感器通过数据传输线与外部的分布式网络动态信号分析仪连接。
7.一种地铁通行近域内工程桩监测方法，包括桩顶振动监测和桩身振动监测，具体步骤如下：
8.s1、桩身振动监测：在桩孔内浇筑混凝土前，将4根外镀锌管环绕布置在橡胶隔振层外侧，再将2根内镀锌管布置在橡胶层内侧靠近桩芯处；并通过桩孔内下放的钢筋笼将4根外镀锌管和2根内镀锌管固定，同时通过尼龙扎带将防水的低频压电式加速度传感器固定在外镀锌管和内镀锌管的外壁；最后将数据传输线沿相应的外镀锌管和内镀锌管外壁绑扎延伸至孔口，再与外部的分布式网络动态信号分析仪连接；接着在桩孔内浇筑试验桩，在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，分别在昼间地铁运营高峰期和夜间地铁运营高峰期进行振动监测；
9.s2、桩顶振动监测：在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，在2根内镀锌管开口端均安装1个防水的低频压电式加速度传感器，并通过数据传输线将低频压电式加速度传感器与外部的分布式网络动态信号分析仪连接，分别在昼间地铁运营高峰期、夜间地铁运营高峰期和无地铁通过时进行数据采集和振动监测；
10.s3、监测数据处理：通过低频压电式加速度传感器采集桩身在昼间和夜间地铁运营高峰期受到振动时的数据，采集桩顶在昼间和夜间地铁运营高峰期以及无机车通过地铁隧道受到振动时的数据，并计算出环境振动对人体的影响的评价指标以及交通振动对人体舒适性影响的评价指标；并通过分布式网络动态信号分析仪生成时间—加速度的曲线图以及振动频率—振幅曲线图。
11.作为本发明再进一步的方案：每根所述内镀锌管的闭口端均与桩孔的孔底齐平，且每根内镀锌管的开口端均高出地面设定距离，通过内镀锌管的开口端引出数据传输线；每根所述外镀锌管的闭口端均与橡胶隔振层的下部齐平，且每根外镀锌管的开口端高出地面设定距离，通过外镀锌管的开口端引出传输数据线。
12.作为本发明再进一步的方案：所述s1步骤在桩身振动监测中，每根外镀锌管和内镀锌管均从桩孔的孔底至孔口沿深度方向布置不少于3个低频压电式加速度传感器。
13.作为本发明再进一步的方案：所述s3步骤中，环境振动对人体的影响的评价指标采用频率对加速度有效值进行修正，并得到评价量为振动级，其计算公式如下：
[0014][0015]
上式中，vl为振动级，单位：db；a0为基准加速度，单位：m/s2；aw为振动加速度，单位：m/s2；其中，
[0016][0017]
上式中，ci为对应于相应1/3频段的计权因子，a
ri
为第i个1/3频中心频率处振动加速度有效值。
[0018]
作为本发明再进一步的方案：所述s3步骤中，交通振动对人体舒适性影响的评价指标采用竖向四次方振动剂量值，其计算公式如下：
[0019][0020]
上式中，vdvz为竖向四次方振动剂量值,单位：m/s
1.75
；a
zw
(t)为按现行国家标准《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分：一般要求》gb/t13441.1规定的基本频率计权wk进行计权的瞬时竖向加速度，单位：m/s2；t为昼间或夜间时间长度，单位:s；t为时间。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0022]
本发明通过采集试验桩的桩身在昼间和夜间地铁运营高峰期受到振动时的数据，采集试验桩的桩顶在昼间和夜间地铁运营高峰期以及无机车通过地铁隧道受到振动时的数据，并计算出环境振动对人体的影响的评价指标以及交通振动对人体舒适性影响的评价指标；再通过分布式网络动态信号分析仪生成相应的曲线图，以对试验桩在不同深度、不同时间段受到地铁机车影响的大小，从而模拟出工程桩的受到振动的影响，模拟场景真实性较高，监测准确性高。
附图说明
[0023]
图1为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中的桩身振动监测结构示意图；
[0024]
图2为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩顶振动监测的结构示意图；
[0025]
图3为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩顶在昼间的时域图和频域图；
[0026]
图4为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩身在昼间6m深度的时域图和频域图；
[0027]
图5为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩身在昼间12m深度的时域图和频域图；
[0028]
图6为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩身在昼间24m深度的时域图和频域图；
[0029]
图7为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中为桩顶在夜间的时域图和频域图；
[0030]
图8为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中为桩身在夜间6m深度的时域图和频域图；
[0031]
图9为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中为桩身在夜间12m深度的时域图和频域图；
[0032]
图10为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中桩身在夜间10m深度的时域图和频域图；
[0033]
图11为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中监测数据与cma报告监测数据平均值曲线图；
[0034]
图12为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中监测数据与cma报告监测数据最大值曲线图；
[0035]
图13为一种地铁通行近域内工程桩监测方法中不同深度方向1/3倍频率对比图。
[0036]
图中：1、地面；2、外镀锌管；3、内镀锌管；4、低频压电式加速度传感器；5、橡胶隔振层；6、桩孔；7、地铁隧道。
具体实施方式
[0037]
请参阅图1～13，本发明实施例中，一种地铁通行近域内工程桩监测装置，包括分布式网络动态信号分析仪、低频压电式加速度传感器4、内镀锌管3、外镀锌管2、橡胶隔振层5，橡胶隔振层5、内镀锌管3和外镀锌管2均安装在桩孔6的内侧，内镀锌管3设置有2根，2根内镀锌管3均布置在橡胶隔振层5内侧靠近桩芯处，外镀锌管2设置有4根，4根外镀锌管2均环绕布置在橡胶隔振层5的外侧；内镀锌管3和外镀锌管2的上端均为开口端，内镀锌管3和外镀锌管2的下端均为闭口端，内镀锌管3和外镀锌管2的外侧均安装有若干个低频压电式加速度传感器4，低频压电式加速度传感器4通过数据传输线与外部的分布式网络动态信号分析仪连接，低频压电式加速度传感器4的量程
±
1g，频率范围0.5hz～1khz，灵敏度5.04v/g。
[0038]
一种地铁通行近域内工程桩监测方法，包括桩顶振动监测和桩身振动监测，具体步骤如下：
[0039]
s1、桩身振动监测：在桩孔6内浇筑混凝土前，将4根外镀锌管2环绕布置在橡胶隔振层5外侧，再将2根内镀锌管3布置在橡胶层内侧靠近桩芯处；并通过桩孔6内下放的钢筋
笼将4根外镀锌管2和2根内镀锌管3固定，同时通过尼龙扎带将防水的低频压电式加速度传感器4固定在外镀锌管2和内镀锌管3的外壁；最后将数据传输线沿相应的外镀锌管2和内镀锌管3外壁绑扎延伸至孔口，再与外部的分布式网络动态信号分析仪连接；接着在桩孔6内浇筑试验桩，在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，分别在昼间地铁运营高峰期和夜间地铁运营高峰期进行振动监测，例如：昼间地铁运营高峰期的时间段可以取7:00～9:00，夜间地铁运营高峰期的时间段可以取18:00～20:00，如图1所示；
[0040]
s2、桩顶振动监测：在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，在2根内镀锌管3开口端均安装1个防水的低频压电式加速度传感器4，并通过数据传输线将低频压电式加速度传感器4与外部的分布式网络动态信号分析仪连接，分别在昼间地铁运营高峰期、夜间地铁运营高峰期和无地铁通过时进行数据采集和振动监测，例如：昼间地铁运营高峰期的时间段可以取7:00～9:00，夜间地铁运营高峰期的时间段可以取18:00～20:00，以及无机车通过地铁隧道7的时间段可以取00:00～01:00，从而监测试验桩在不同时间段受到振动的影响，如图2所示；
[0041]
s3、监测数据处理：通过低频压电式加速度传感器4采集桩身在昼间和夜间地铁运营高峰期受到振动时的数据，采集桩顶在昼间和夜间地铁运营高峰期以及无机车通过地铁隧道受到振动时的数据，并计算出环境振动对人体的影响的评价指标以及交通振动对人体舒适性影响的评价指标；并通过分布式网络动态信号分析仪生成时间—加速度的曲线图即时域图以及振动频率—振幅曲线图即频域图，从而模拟出工程桩受到振动的影响，以便工程人员选取相应的橡胶隔振层，以减少环境和交通对建筑物的影响。
[0042]
例如：图3所示为桩顶在昼间的时域图和频域图，根据图3监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.0108m/s2；频域图中振动主频在25hz～75hz；
[0043]
图4所示为桩身在昼间6m深度的时域图和频域图，根据图4监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.04m/s2；频域图中振动主频在20hz～200hz；
[0044]
图5所示为桩身在昼间12m深度的时域图和频域图，根据图5监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.02m/s2；频域图中振动主频在100hz～300hz；
[0045]
图6所示为桩身在昼间24m深度的时域图和频域图，根据图6监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.1m/s2；频域图中振动主频在100hz～200hz；
[0046]
例如：图7所示为桩顶在夜间的时域图和频域图，根据图7监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.0174m/s2；频域图中振动主频在25hz～100hz；
[0047]
图8所示为桩身在夜间6m深度的时域图和频域图，根据图8监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.015m/s2；频域图中振动主频在20hz～100hz；
[0048]
图9所示为桩身在夜间12m深度的时域图和频域图，根据图9监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.02m/s2；频域图中振动主频
在200hz～300hz；
[0049]
图10所示为桩身在夜间10m深度的时域图和频域图，根据图10监测结果中时域图可知加速度传感器在监测时间范围内所监测到的加速度峰值为0.1m/s2；频域图中振动主频在200hz～300hz。
[0050]
优选的，每根内镀锌管3的闭口端均与桩孔6的孔底齐平，每根内镀锌管3的开口端均高出地面1设定距离，例如：0.5m，通过内镀锌管3的开口端引出数据传输线；每根外镀锌管2的闭口端均与橡胶隔振层5的下部齐平，每根外镀锌管2的开口端高出地面1设定距离，例如：0.5m，通过外镀锌管2的开口端引出传输数据线。
[0051]
优选的，s1步骤在桩身振动监测中，每根外镀锌管2和内镀锌管3均从桩孔6的孔底至孔口沿深度方向布置不少于3个低频压电式加速度传感器4。
[0052]
优选的，s3步骤中，环境振动对人体的影响的评价指标采用频率对加速度有效值进行修正，并得到评价量为振动级，其计算公式如下：
[0053][0054]
上式1中，vl为振动级，单位：db；a0为基准加速度，单位：m/s2，取10-6
m/s2；aw为振动加速度，单位：m/s2；其中，
[0055][0056]
上式2中，ci为对应于相应1/3频段的计权因子，a
ri
为第i个1/3频中心频率处振动加速度有效值；
[0057]
根据《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》jgj170—2009中给出分频最大振级计算方法：测量的垂向加速度按标准规定的1/3倍频程中心频率的z计权因子进行数据处理，按计权因子修正后得到个中心频率的振动加速度级；其评价范围在4～200hz，计权因子见表1。
[0058]
表1加速度在1/3倍频程中心频率的z计权因子
[0059][0060][0061]
二次辐射噪声测量值因大于室内背景噪声3db(a)以上，并按表2对二次辐射噪声测量值进行修正。
[0062]
表2二次辐射噪声修正值[3db(a)]
[0063]
差值34～56～9
修正值-3-2-1
[0064]
优选的，s3步骤中，交通振动对人体舒适性影响的评价指标采用竖向四次方振动剂量值，其计算公式如下：
[0065][0066]
上式3中，vdvz为竖向四次方振动剂量值,单位：m/s
1.75
；a
zw
(t)为按现行国家标准《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分：一般要求》gb/t13441.1规定的基本频率计权wk进行计权的瞬时竖向加速度，单位：m/s2；t为昼间或夜间时间长度，单位:s；t为时间。
[0067]
为了验证本发明所监测的数据的准确性，将本发明监测方法与cma(中国计量认证的简称)报告的监测方法按《城市区域环境振动测量方法》(gb10071-1988)进行测试；以vlz10作为评价值，得到的曲线图如图11和图12所示，图11为监测数据与cma报告监测数据平均值曲线图，图12为监测数据与cma报告监测数据最大值曲线图，结果显示两种监测方法的测量数据贴合度较高；
[0068]
1)对监测数据铅垂向z振级计算，其中，试验桩顶在昼间振动z振级汇如下表(db)；
[0069]
表3试验桩顶在昼间振动z振级汇总表
[0070][0071][0072]
其中，z振级：连续20次地铁通过过程中的最大示数的算术平均值；
[0073]
vlz10:在规定的测量时间内，有10％的时间z振级超过该值；
[0074]
vlz50:在规定的测量时间内，有50％的时间z振级超过该值；
[0075]
vlzmax:铅垂向z振级最大值。
[0076]
试验桩顶在夜间振动z振级汇如下表(db)；
[0077]
表4试验桩顶在夜间振动z振级汇总表
[0078][0079]
2)在深度方向隔振效果时频域分析，如图13所示为不同深度方向1/3倍频率对比。
[0080]
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种地铁通行近域内工程桩监测装置，包括分布式网络动态信号分析仪、低频压电式加速度传感器(4)、内镀锌管(3)、外镀锌管(2)、橡胶隔振层(5)，其特征在于，所述橡胶隔振层(5)、内镀锌管(3)和外镀锌管(2)均安装在桩孔(6)的内侧，所述内镀锌管(3)设置有2根，2根所述内镀锌管(3)均布置在橡胶隔振层(5)内侧且靠近桩芯处，所述外镀锌管(2)设置有4根，4根所述外镀锌管(2)均环绕布置在橡胶隔振层(5)的外侧；所述内镀锌管(3)和外镀锌管(2)的上端均为开口端，且内镀锌管(3)和外镀锌管(2)的下端均为闭口端，所述内镀锌管(3)和外镀锌管(2)的外侧均安装有若干个低频压电式加速度传感器(4)，所述低频压电式加速度传感器(4)通过数据传输线与外部的分布式网络动态信号分析仪连接。2.一种实现权利要求1所述的地铁通行近域内工程桩监测方法，其特征在于，包括桩顶振动监测和桩身振动监测，具体步骤如下：s1、桩身振动监测：在桩孔(6)内浇筑混凝土前，将4根外镀锌管(2)环绕布置在橡胶隔振层(5)外侧，再将2根内镀锌管(3)布置在橡胶层内侧靠近桩芯处；并通过桩孔(6)内下放的钢筋笼将4根外镀锌管(2)和2根内镀锌管(3)固定，同时通过尼龙扎带将防水的低频压电式加速度传感器(4)固定在外镀锌管(2)和内镀锌管(3)的外壁；最后将数据传输线沿相应的外镀锌管(2)和内镀锌管(3)外壁绑扎延伸至孔口，再与外部的分布式网络动态信号分析仪连接；接着在桩孔(6)内浇筑试验桩，在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，分别在昼间地铁运营高峰期和夜间地铁运营高峰期进行振动监测；s2、桩顶振动监测：在试验桩浇筑完成后，待试件凝固至试验所需强度，在2根内镀锌管(3)开口端均安装1个防水的低频压电式加速度传感器(4)，并通过数据传输线将低频压电式加速度传感器(4)与外部的分布式网络动态信号分析仪连接，分别在昼间地铁运营高峰期、夜间地铁运营高峰期和无地铁通过时进行数据采集和振动监测；s3、监测数据处理：通过低频压电式加速度传感器(4)采集桩身在昼间和夜间地铁运营高峰期受到振动时的数据，采集桩顶在昼间和夜间地铁运营高峰期以及无机车通过地铁隧道受到振动时的数据，并计算出环境振动对人体的影响的评价指标以及交通振动对人体舒适性影响的评价指标；并通过分布式网络动态信号分析仪生成时间—加速度的曲线图以及振动频率—振幅曲线图。3.根据权利要求2所述的一种地铁通行近域内工程桩监测方法，其特征在于，每根所述内镀锌管(3)的闭口端均与桩孔(6)的孔底齐平，且每根内镀锌管(3)的开口端均高出地面(1)设定距离，通过内镀锌管(3)的开口端引出数据传输线；每根所述外镀锌管(2)的闭口端均与橡胶隔振层(5)的下部齐平，且每根外镀锌管(2)的开口端高出地面(1)设定距离，通过外镀锌管(2)的开口端引出传输数据线。4.根据权利要求2所述的一种地铁通行近域内工程桩监测方法，其特征在于，所述s1步骤在桩身振动监测中，每根外镀锌管(2)和内镀锌管(3)均从桩孔(6)的孔底至孔口沿深度方向布置不少于3个低频压电式加速度传感器(4)。5.根据权利要求2所述的一种地铁通行近域内工程桩监测方法，其特征在于，所述s3步骤中，环境振动对人体的影响的评价指标采用频率对加速度有效值进行修正，并得到评价量为振动级，其计算公式如下：
上式(1)中，wl为振动级，单位：db；a0为基准加速度，单位：m/s2；a
w
为振动加速度，单位：m/s2；其中，上式(2)中，c
i
为对应于相应1/3频段的计权因子，a
ri
为第i个1/3频中心频率处振动加速度有效值。6.根据权利要求2所述的一种地铁通行近域内工程桩监测方法，其特征在于，所述s3步骤中，交通振动对人体舒适性影响的评价指标采用竖向四次方振动剂量值，其计算公式如下：上式(3)中，vdv
z
为竖向四次方振动剂量值,单位：m/s
1.75
；a
zw
(t)为按现行国家标准《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分：一般要求》gb/t13441.1规定的基本频率计权w
k
进行计权的瞬时竖向加速度，单位：m/s2；t为昼间或夜间时间长度，单位:s；t为时间。
技术总结本发明涉及工程监测技术领域，公开了一种地铁通行近域内工程桩监测装置，包括分布式网络动态信号分析仪、低频压电式加速度传感器、内镀锌管和外镀锌管，还公开了一种地铁通行近域内工程桩监测方法，包括桩顶振动监测和桩身振动监测，具体步骤如下：S1、桩身振动监测；S2、桩顶振动监测；S3、监测数据处理。本发明通过采集试验桩的桩身和桩顶在在不同时间段受到振动时的数据，并计算出环境振动对人体的影响的评价指标以及交通振动对人体舒适性影响的评价指标；以判断试验桩在不同深度、不同时间段受到地铁机车影响的大小，从而模拟出工程桩的受到振动的影响，模拟场景真实性较高，监测准确性高。确性高。确性高。
技术研发人员：陈孝细 邓意如 许波 周鸿璠 冯裕昌 黄伟 顾慧佳
受保护的技术使用者：中煤江南建设发展集团有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2022/11/1
