模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法

摘要

一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法，涉及隧道爆破声波模拟测量技术领域。模拟隧道工程爆破的脉冲声源为发爆器激发导爆管爆炸产生的脉冲声波。爆炸测量装置包括模型隧道、导爆管、发爆器、传声器和数据采集仪等。模型隧道由多个模型单元组成。模型单元由金属套筒、内衬体、检测孔、连接部和把手部组成。通过调整模型隧道同一炮孔点位同时激发导爆管的数量可以模拟炮孔内不同装药量的爆破噪声。采用毫秒延时发爆器，可以模拟隧道爆破中延时起爆的工况。本发明解决了模拟炸药爆炸声源的声学特征偏离度高、难以利用小尺度模型隧道开展炸药爆炸声学模拟实验的技术难题，测试装置和方法具有安全可靠、操作简单、成本低廉的优点。

权利要求

1.一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，利用模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置，其特征在于，模拟隧道工程爆破的脉冲声源为发爆器激发导爆管爆炸产生的脉冲声波；爆炸噪声测试装置包括模型隧道、导爆管、发爆器、传声器和数据采集仪；

所述模型隧道包括多个模型单元；模型单元由金属套筒、内衬体、检测孔、连接部和把手部组成；所述内衬体嵌套在金属套筒内侧，金属套筒轴线方向上的两端分别配置连接部，金属套筒筒体外侧对称布置把手部；多个所述模型单元通过连接部连接；所述导爆管起始端与发爆器相连，导爆管用激发针激发起爆，末端穿过金属管与模型单元连接；所述传声器分别安装在多个模型单元上，数据采集仪通过数据线连接各个传声器；步骤包括：S1.制作模型单元，将连接部和把手部固定在金属套筒上，将内衬体嵌套在金属套筒内部，将金属套筒与内衬体上检测孔的中心对齐；

S2.制作模型隧道，用连接件将多个模型单元通过连接部连接固定在一起；

S3.在模型隧道端头位置的模型单元端部设置封堵挡板，封堵挡板上设置穿孔，金属管通过穿孔进入端头位置的模型单元内；

S4.将长度大于或等于50cm的导爆管起始端与发爆器相连的激发针连接，末端穿过金属管进入端部挡板内侧并与金属管端头齐平；

S5.将多个传声器分别从模型单元的检测孔伸入到模型隧道内部，传声器的声波接收端与所述导爆管末端的安装高度齐平，各传声器通过数据线与数据采集仪连接；

S6.用发爆器激发导爆管爆炸，由传声器和数据采集仪采集并处理各测点的声学数据，获得导爆管模拟炸药爆炸的声学特征曲线，包括时域特征谱线、频域特征谱线和1/3倍频程曲线；

S7.在步骤S3组装的模型隧道的基础上，在选定的模型单元间用连接件固定插接单元，形成带有插接单元的模型隧道；插接单元包括插接金属套筒、插接内衬体、测试单元、连接部和把手部；测试单元位于插接单元内部，测试单元为消音降噪结构；

S8.重复步骤S4至S6，得到导爆管模拟炸药爆炸的噪声在经过测试单元后的声学特征数据和曲线，判断测试单元的消音降噪效果。

2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述模型隧道端头位置的模型单元端部设有封堵挡板，封堵挡板上设置有穿孔，穿孔中配有金属管，所述导爆管穿过金属管进入端部挡板内侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，进入端部挡板内侧的所述导爆管末端与所述金属管端头齐平，导爆管的长度大于或等于50cm。

4.根据权利要求2所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述封堵挡板上设置有多个穿孔，穿孔中分别配有金属管，多个所述导爆管分别穿过金属管进入端部挡板内侧；所述的导爆管与毫秒延时发爆器相连接，通过毫秒延时发爆器控制导爆管的延时激发。

5.根据权利要求4所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述封堵挡板上设置的穿孔具有多个穿孔直径，穿孔直径与金属管的直径相互配合，2根或2根以上的导爆管穿过金属管；同时激发同一金属管内的导爆管，模拟爆破噪声。

6.根据权利要求5所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述模型单元的上方设置有检测孔，传声器从检测孔伸入模型单元内，传声器的声波接收端与导爆管末端的安装高度齐平。

7.根据权利要求6所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述模型单元之间设置插接单元；插接单元由插接金属套筒、插接内衬体、测试单元、连接部和把手部组成；测试单元位于插接单元内部；测试单元为需要测量的消音降噪材料或装置。

8.根据权利要求7所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，所述的插接内衬体嵌套在插接金属套筒内侧，插接金属套筒、插接内衬体上设置有插接孔；测试单元上设置有插接螺杆，插接螺杆插入插接孔用螺栓与插接金属套筒连接为一体。

9.根据权利要求8所述的一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测试方法，其特征在于，相邻所述模型单元之间、相邻模型单元与插接单元之间、金属套筒与内衬体之间、插接金属套筒与内衬体之间设置有缓冲或消音垫层。

说明书

模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道工程爆破噪声声波模拟测量技术领域，尤其是一种模拟城市隧道工程爆破的脉冲声源和爆炸噪声测试装置，以及爆炸噪声的测试方法。

背景技术

[0002] 在隧道爆破工程中，炸药爆炸引发的脉冲声波产生噪声扰动，对施工周边环境产生影响。目前，控制隧道工程爆破引发噪声的方法有：在爆区范围加强覆盖爆被或钢板，在
噪声传播路径上设置障碍物或遮挡物(如防噪声门、防噪声台车)阻隔噪声传播等。对这些
措施的消音、降噪效果的评价方法有数值模拟、理论计算、现场试验和室内实验。数值模拟
和理论计算很难与现场实际环境相匹配，只能作为验证辅助手段；现场试验规模大、成本较
高，而且会影响掘进施工。

[0003] 室内实验的可靠性关键在于模拟炸药爆炸脉冲声源的选择和实验装置及方法设计，中国实用新型(CN2460966Y)提供了一种毫秒延时发爆器，是将毫秒延时功能由雷管转
移到发爆器上，在发爆器上设置了不少于两个的延时引爆控制器，通过调节延时发爆器中
的延时控制电路，使普通瞬发雷管实现毫秒延时起爆。中国发明专利(CN108716985A)，提供
了一种声源模拟测量装置，用于模拟汽车排气噪声声源并测量消噪效果。中国发明专利
(CN109238436B)提供了混响水池中瞬态声源特性的测量方法，提出用数字信号处理方法获
得瞬态声源特性。中国实用新型(CN209264108U)提供了一种爆炸冲击波在隧道中传播规律
实验用组装式模型，该模型是4个两端开口的中空正方体连接而成的中空长方体，用于模拟
研究爆炸冲击波在隧道中的传播规律。中国发明专利(CN109882211A)提供了一种用于隧道
噪声消除的吸音装置，用于降低或消除车辆通过隧道短时间内产生的噪声。赵跃英(声学技
术、2003、76‑79)对气球破裂、电火花及白噪声等三种常用实验声源的性能对比分析，气球
破裂作为声源具有不可重复性，电火花声信号可重复能作为宽频带噪声声源，电声系统产
生的白噪声作为声源可以满足稳态声场的要求。陈庆凯(爆破器材，2008，37(06)，第30～33
页)利用噪声数据仪采集了爆炸噪声特征数据，分析了爆炸噪声的声压波形、振动强度、频
谱。Afeni Thomas B(Mining Science and Technology，2009，19(04)，第420‑424)在尼日
利亚的采石场对爆炸产生的噪声数据进行采集，用以预测周围各区域的峰值声压级。张冀
峰(刑事技术，2018，43(05)，第369‑372)通过模拟实验，利用沙袋堆积封堵来模拟阻断墙
体，选用不同装药量的TNT炸药，测试模拟墙体对爆炸噪声阻断与衰减效应。

[0004] 综合上述发明及文献研究发现现有技术存在以下不足：

[0005] 1.中国发明专利(CN108716985A)提供的声源模拟测量装置用来模拟汽车排气噪声，不能用来模拟隧道爆破产生的脉冲噪声。中国发明专利(CN109238436B)提出了一种利
用混响水池测量瞬态声特性的方法，不能用于测量隧道内炸药爆炸产生的脉冲声波。中国
实用新型(CN209264108U)用于研究爆炸冲击波在隧道中的传播规律，其爆源是真实炸药的
爆炸，研究对象是冲击波而不是声波，该实用新型属于中等尺度的实验装置，非模拟实验装
置，无法测量消音降噪设施或材料的消音降噪效果。中国发明专利(CN109882211A)提供了
一种用于隧道噪声消除的吸音装置，但不能用来研究隧道内炸药爆炸噪声的传播规律或评
价隧道内消音降噪设施的消音降噪效果。

[0006] 2.气球作为实验声源信号受环境温度、压力的影响较大，声学数据不稳定、可重复性差。白噪声虽有稳定、可重复的声信号，但与炸药爆炸产生的瞬态脉冲声信号存在较大的
差异。室外开展的炸药爆炸实验对安全性要求较高，具有可重复性差、成本高的缺点。

[0007] 为此本发明提供一种安全性高、稳定性强、具有脉冲声学特征的模拟声源以及隧道内的爆炸噪声测量装置和方法，用于模拟隧道内炸药爆炸产生的噪声、测量并研究隧道
内爆破噪声的传播规律，评价隧道内设置消音降噪设施的效果。该模拟声源起爆时产生的
脉冲声波与炸药爆炸噪声声学特征相似度高，具有较好的稳定性和可重复性，实验操作安
全、成本低、易实施。

发明内容

[0008] 炸药爆炸产生的冲击波在空气中传播一定距离后衰减为脉冲声波继续在空气中传播，并对周围环境产生声污染。爆破噪声不同于普通的工业噪声，具有高强、瞬发的特征，
并伴随有空气气流的强扰动。因此模拟隧道工程爆破产生的噪声，首先需要选择一种与隧
道爆破噪声具有相似脉冲声波特性的脉冲声源，该脉冲声源的生成过程应该与爆破噪声具
有相似，能够模拟隧道爆破中多点起爆的工况特征，在此基础上进一步研发爆炸噪声测试
装置和测试方法。脉冲声源的安全性、脉冲声波的稳定性和可重复性、与炸药爆炸噪声声波
特性的相似度、隧道爆破中多点起爆的工况模拟、实验成本等是筛选模拟声源需要考虑的
主要问题。

[0009] 为了筛选能够模拟炸药爆炸产生的冲击波随传播距离衰减为脉冲声波的瞬态声源，为小尺度模型实验提供一种成本低廉、使用安全、操作方便、重复性好、声学特性稳定的
标准声源，选择能够产生脉冲声源的装置或产品进行对比。

[0010] 常见的、可以产生脉冲声源的装置或产品有气球、电火花、发令枪、导爆管、鞭炮、雷管等。

[0011] (1)气球，充气气球被刺破时气球内高压空气急剧释放能量产生具有脉冲特征的脉冲声波，是一个物理过程。声学特征受环境温度、大气压力、气球充气量、气球材质等多种
因素影响，脉冲声波的稳定性和可重复性差。

[0012] (2)电火花，电源的两极在高电压的作用下，击穿两极间空气介质可以产生脉冲瞬态噪声。电火花噪声具有脉冲声波的特征，但其形成机理与炸药爆炸不同，声波特性存在较
大的差异，电火花释放的能量与炸药爆炸能量之间较难建立量化关系。

[0013] (3)发令枪，发令枪扳机撞击子弹后部，激发子弹中火药爆炸，产生脉冲瞬态噪声，具有脉冲声波的特征。然而发令枪占用空间较大，不宜实现自动控制，无法模拟隧道延时爆
破的工况特征。

[0014] (4)鞭炮，鞭炮产生的脉冲声波与炸药爆炸噪声相似度较高。鞭炮的品种繁多，生产标准不统一。其爆炸噪声的声学特性受装药配方、装药量、包覆纸壳材质及厚度、生产工
艺等多种因素影响。即使是同一厂家的产品，其爆炸的声学指标也存在较大的差异性。另
外，鞭炮对存储环境要求高，易受潮失效，而且受潮后的爆炸声学指标会发生较大的变化。

[0015] (5)雷管，雷管引爆后产生的脉冲声波与炸药爆炸噪声声波相似度较高，但雷管为爆炸危险物品，属于管制产品，对实验的安全性和实验操作人员的资质要求较高。另外，雷
管的爆炸威力较大，会破坏实验装置，其超高的噪声强度会超过常见传声器等声学仪器的
量程，不适合小尺度模型隧道实验。

[0016] 另外，还可以通过录音或计算机合成的方式形成炸药爆炸的脉冲声波。这种声波的声学特征具有稳定性和可重复性，但是无法模拟隧道爆破中多点起爆的工况特征，如由
于炮孔位置不同带来的声学效果上的差异。另外，对于隧道断面尺寸、炮孔位置及数量、起
爆药量等参量的多种变化，录制或计算机合成也在技术上、时间和成本上存在较大的困难。

[0017] 导爆管作为常见的民用爆炸物品，本身不具有爆炸危险性，在火焰和机械碰撞的作用下不能起爆。导爆管的生产、验收都受国家标准的严格控制，其传爆性能稳定，操作简
单、使用安全，长期储存仍能保持稳定的传爆性能和爆炸声学特征。导爆管的激发爆炸过程
是炸药爆轰的稳定传爆过程，具备炸药爆炸爆轰波传播的基本特征。在导爆管的末端由弱
爆轰波衰减为弱冲击波，再由弱冲击波衰减为声波。导爆管爆炸声波的形成过程与炸药爆
炸声波的形成过程完全一致，即都经历了由爆轰波到冲击波再到声波的衰减过程。与雷管、
鞭炮不同的是，导爆管的爆炸过程是安全的、稳定的、可控的。导爆管爆炸形成的爆轰波和
冲击波对人员、传声器等精密仪器、实验模具和实验设备无伤害，特别适合作为小尺度模型
隧道实验的标准模拟声源。

[0018] 综上分析，为了解决使用气球、电火花、发令枪、鞭炮和雷管模拟，以及采用录音或计算机合成隧道爆破脉冲声源存在的技术问题，本发明提出采用发爆器激发导爆管爆炸产
生的脉冲声波模拟隧道工程爆破的脉冲声源，并在此基础上发明了相应的测量装置和测量
方法。发爆器激发导爆管爆炸产生的脉冲声波可以作为小尺度模型隧道实验的标准声源。
通过调整模型隧道同一炮孔点位同时激发导爆管的数量可以模拟炮孔内不同装药量的爆
破噪声。采用毫秒延时发爆器，可以模拟隧道炮孔之间延时爆破的声学效果。

[0019] 按照以下原则确定形成稳定声学特征数据时导爆管的最小长度：(1)确定导爆管达到稳定爆速的最小长度；(2)在满足稳定爆速的基础上，确定导爆管爆炸形成稳定声学特
征数据的最小长度。具体操作方法为：

[0020] (1)确定导爆管达到稳定爆速时的最小长度

[0021] a1.通过胶带将导爆管固定在木板上，高速摄像机固定在距离导爆管水平距离大于4.7m的位置并对准导爆管，设定高速摄像机的分辨率为1024×512、帧数为11000fps、曝
光时间为90μs；

[0022] a2.激发导爆管，以第1次出现爆轰的图片作为零时刻，确定沿导爆管轴向传播的爆轰波在不同时刻的位移，计算爆速。其中每两幅图片间隔时间为1/11000s，即0.09ms。

[0023] 按照步骤a1‑a2对长度分别为30cm、50cm、70cm、110cm的导爆管各进行5次实验测取平均值作为达到爆速稳定值时导爆管的长度；根据实验确定达到爆速稳定值时导爆管长
度为36.29cm。

[0024] (2)确定导爆管达到稳定声学特征的基本长度。

[0025] 根据实验确定导爆管到达稳定爆速的最小长度为36.29cm，为保证导爆管爆炸噪声声学稳定，导爆管的基本长度应大于36.29cm。为此对长度50cm导爆管爆炸噪声的声学稳
定性进行测试。

[0026] a1.将50cm导爆管的起始端与发爆器相连的激发针连接，末端穿过模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置中的金属管，进入端部挡板内侧并与金属管端头齐
平；

[0027] a2.将3个传声器分别从模型单元的检测孔伸入到模型隧道内部，传声器的声波接收端与所述导爆管末端的安装高度齐平，各传声器通过数据线与数据采集仪连接；

[0028] a3.用发爆器激发导爆管爆炸，由传声器和数据采集仪采集并处理各测点的声学数据，获得导爆管模拟炸药爆炸的声学特征曲线，包括时域特征谱线、频域特征谱线和1/3
倍频程曲线等。

[0029] 对5根长度50cm导爆管测试5次，对比每次实验的时域特征谱线、频域特征谱线和1/3倍频程曲线，发现长度50cm导爆管的声学特征数据已趋于稳定，因此确定实验标准声源
导爆管的基本长度为50cm。

[0030] 本发明提供的一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法，具体的技术方案如下。

[0031] 一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置，模拟隧道工程爆破的脉冲声源为发爆器激发导爆管爆炸产生的脉冲声波。爆炸噪声测量装置包括模型隧道、导爆
管、发爆器、传声器和数据采集仪等部分。模型隧道由多个模型单元组成。模型单元由金属
套筒、内衬体、检测孔、连接部和把手部组成。内衬体嵌套在金属套筒内侧，金属套筒轴线方
向上的两端分别配置连接部，金属套筒筒体外侧对称布置把手部。多个所述模型单元通过
连接部连接。所述导爆管起始端与发爆器相连，用激发针激发起爆，末端穿过金属管与模型
单元连接。所述传声器分别安装在多个模型单元上，数据采集仪通过数据线连接各个传声
器。

[0032] 优选的是，模型隧道端头位置的模型单元端部设有封堵挡板，封堵挡板上设置有穿孔，穿孔中配有金属管，所述导爆管穿过金属管进入端部挡板内侧。

[0033] 优选的是，进入端部挡板内侧的导爆管末端与金属管端头齐平，导爆管的长度大于或等于50cm。

[0034] 优选的是，封堵挡板上设置有多个穿孔，穿孔中分别配有金属管，所述多个导爆管分别穿过金属管进入端部挡板内侧；所述的导爆管与毫秒延时发爆器相连接，通过毫秒延
时发爆器的控制实现导爆管的延时激发。

[0035] 优选的是，封堵挡板上设置的穿孔直径不完全相同、大直径的穿孔中配有与之匹配的大直径金属管，大直径金属管内有2根或2根以上的导爆管穿过；通过同时激发同一大
直径金属管内不同数量的导爆管，来模拟炮孔中不同装药量产生的爆破噪声。

[0036] 优选的是，模型单元的上方设置有检测孔，传声器从检测孔伸入模型单元内，传声器的声波接收端与导爆管末端的安装高度齐平。

[0037] 还优选的是，模型单元的截面内壁呈矩形、半圆拱形、梯形、圆形或马蹄形。

[0038] 还优选的是，模型单元之间设置插接单元。插接单元由插接金属套筒、插接内衬体、测试单元、连接部和把手部组成。测试单元位于插接单元内部。测试单元为需要测量的
消音降噪材料或装置。

[0039] 还优选的是，插接内衬体嵌套在插接金属套筒内侧，插接金属套筒、插接内衬体上设置有插接孔；测试单元上设置有插接螺杆，插接螺杆插入插接孔用螺栓与插接金属套筒
连接为一体。

[0040] 还优选的是，相邻模型单元之间、相邻模型单元与插接单元之间、金属套筒与内衬体之间、插接金属套筒与内衬体之间设置有缓冲或消音垫层。

[0041] 一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测量方法，利用上述的模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置，步骤包括：

[0042] S1.制作模型单元，将连接部和把手部固定在金属套筒上，将内衬体嵌套在金属套筒内部，将金属套筒与内衬体上检测孔的中心对齐；

[0043] S2.制作模型隧道，用连接件将多个模型单元通过连接部连接固定在一起；

[0044] S3.在模型隧道端头位置的模型单元端部设置封堵挡板，封堵挡板上设置穿孔，金属管通过穿孔进入端头位置的模型单元内；

[0045] S4.将长度大于或等于50cm的导爆管起始端与发爆器相连的激发针连接，末端穿过金属管进入端部挡板内侧并与金属管端头齐平；

[0046] S5.将多个传声器分别从模型单元的检测孔伸入到模型隧道内部，传声器的声波接收端与所述导爆管末端的安装高度齐平，各传声器通过数据线与数据采集仪连接；

[0047] S6.用发爆器激发导爆管爆炸，由传声器和数据采集仪采集并处理各测点的声学数据，获得导爆管模拟炸药爆炸的声学特征曲线，包括时域特征谱线、频域特征谱线和1/3
倍频程曲线等；

[0048] S7.在步骤S3组装的模型隧道的基础上，在选定的模型单元间用连接件固定插接单元，形成带有插接单元的模型隧道。插接单元由插接金属套筒、插接内衬体、测试单元、连
接部和把手部组成。测试单元位于插接单元内部。测试单元为需要测量的消音降噪材料或
装置；

[0049] S8.重复步骤S4至S6，得到用导爆管模拟炸药爆炸的噪声在经过测试单元后的声学特征数据和曲线，判断测试单元的消音降噪效果。

[0050] 本发明提供的一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法，其有益效果包括：

[0051] (1)本发明为模拟炸药爆炸噪声提供了一种可供选择的脉冲声源，即发爆器激发导爆管爆炸产生的脉冲声波，并且确定了实验标准声源导爆管的最小长度为50cm，可以作
为本专业领域研究炸药爆炸噪声、评价消音降噪设施有效性的标准声源。发爆器激发导爆
管爆炸产生的脉冲声波与炸药爆炸噪声的声学特征相似，作为模拟隧道工程爆破的声源具
有声学特征稳定、可重复再现、操作安全、成本低廉的优点。

[0052] (2)在封堵挡板上设置多个金属管和导爆管，通过毫秒延时发爆器控制导爆管的激发时间来模拟隧道延时爆破；通过同时激发同一大直径金属管内不同数量的导爆管，来
模拟炮孔中不同装药量产生的声学效果，实现了对隧道延时爆破、装药量不同等实际工况
下爆破噪声的模拟。

[0053] (3)本发明提供的模型隧道，设置了隧道内衬体，通过选择内衬体的材料，可以模拟多种衬砌结构的隧道；采用吸声材料作内衬体可以研究无声波反射条件下隧道内爆炸声
波的传播规律。

[0054] (4)本发明提供的模型隧道，体积小、拆装方便灵活，通过多个模型单元的组合可以模拟不同长度、不同断面形态隧道内传播的爆炸声波。

[0055] (5)本发明提出的模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测量方法可以用评价隧道内设置消音降噪设施的效果，可以作为一种标准的实验评价方法。

附图说明

[0056] 图1是爆炸噪声测试装置的示意图；

[0057] 图2是图1中爆炸噪声测试装置的A‑A截面示意图；

[0058] 图3是图1中爆炸噪声测试装置的B‑B截面示意图；

[0059] 图4是模型单元端部挡板设置多个金属管和导爆管的示意图；

[0060] 图5是多根导爆管起爆噪声测试装置的示意图；

[0061] 图6是加装插接单元的爆炸噪声测试装置示意图；

[0062] 图7是图6中加装插接单元爆炸噪声测试装置的C‑C截面示意图；

[0063] 图8是6中加装插接单元爆炸噪声测试装置的D‑D截面示意图。

[0064] 图中：1‑导爆管，2‑传声器，3‑数据采集仪，4‑金属套筒，5‑内衬体，6‑连接部，7‑把手部，8‑检测孔，9‑发爆器，10‑金属管，11‑插接单元，12‑橡胶衬垫水泥砂浆砌块，13‑螺杆，
14‑消音门，15‑螺栓。

具体实施方式

[0065] 结合图1至图8所示，对本发明提供的一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法具体实施方式进行说明。

[0066] 本发明提供了一种模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置和方法，考虑爆炸脉冲声源的声学特征模拟，提出了将导爆管作为模拟隧道内工程爆破或炸药爆炸噪
声的标准声源；发明了一种带内衬体的可拼接模型隧道。利用本发明提供的标准声源和模
型隧道，可以更加方便地开展隧道内炸药爆炸噪声的声学研究、对隧道内消音降噪设施或
材料进行模拟实验研究，对消音降噪效果进行科学评价。

[0067] 模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置，包括模型隧道、导爆管、发爆器、传声器和数据采集仪。导爆管1爆管爆炸产生的脉冲声波用于模拟隧道工程爆破的脉冲
声源。模型隧道由多个模型单元组成；模型单元由金属套筒4、内衬体5、检测孔8、连接部6和
把手部7组成；内衬体5嵌套在金属套筒内侧，金属套筒4轴线方向上的两端分别配置连接部
6，金属套筒4筒体外侧对称布置把手部；多个模型单元通过连接部连接；导爆管1起始端与
发爆器相连，用激发针激发起爆，末端穿过金属管10与模型单元连接；传声器2分别安装在
多个模型单元上，数据采集仪3通过数据线连接各个传声器。

[0068] 端头位置的隧道模型单元端部设有封堵挡板，端部封堵挡板上设置有一个或多个穿孔，端部封堵挡板上穿孔中配有空心金属管，导爆管1经空心金属管进入端部挡板内侧。
多个穿孔的直径不完全相同，掏槽位置的穿孔是大直径穿孔，并配有与之相匹配的大直径
金属管。多根导爆管一端头经大直径金属管进入端部挡板内侧，可模拟炮孔中不同装药量
产生的爆破噪声。多根导爆管1另一端头通过反射四通与连接毫秒延时发爆器激发针的导
爆管另一端相连接，实现导爆管的延时激发，模拟隧道爆破中延时起爆的工况。

[0069] 模型单元的上方设置有检测孔8，传声器2从检测孔伸入模型单元内，传声器2的声波接收端与导爆管1末端的安装高度齐平。

[0070] 多个模型单元的截面内壁呈矩形、半圆拱形、梯形、圆形或马蹄形，相邻模型单元之间可以设置插接单元，测试单元位于插接单元内部。插接单元由插接金属套筒、插接内衬
体、测试单元、连接部和把手部组成。插接内衬体嵌套在插接金属套筒内侧，插接金属套筒、
插接内衬体上设置有插接孔；测试单元为需要测量的消音降噪材料或装置，测试单元上设
置有插接螺杆，插接螺杆插入插接孔用螺栓与插接金属套筒连接为一体。多个模型单元的
相邻模型单元与插接单元之间、金属套筒与内衬体之间、插接金属套筒与内衬体之间设置
有缓冲或消音垫层。

[0071] 一种模拟隧道工程爆破的爆炸噪声测量方法，利用上述的模拟隧道工程爆破的脉冲声源及爆炸噪声测试装置，包括：

[0072] S1.制作模型隧道。模型隧道由5个模型单元组成。模型单元由金属套筒、内衬体、检测孔、连接部和把手部组成。内衬体由水泥砂浆砌块拼接而成。

[0073] 金属套筒为外轮廓高400mm、宽500mm的矩形断面，长600mm，采用厚度5mm的A3钢板加工(如图1所示)。连接部使用边宽45mm的等边角钢加工，其中角钢的一个侧边上设一个直
径20mm的螺孔，另一边焊接在金属套筒上。把手部采用直径12mm钢筋加工焊接在金属套筒
上。在金属套筒高400mm的钢板两端对称焊接8个连接部、2个把手部。

[0074] 内衬体厚度50mm，由4块厚度50mm、沿模型隧道轴线方向长600mm的矩形水泥砂浆砌块拼接而成，采用结构胶填充拼接缝(如图2所示)。砂浆砌块与金属套筒内壁之间铺设一
层厚2mm的橡胶衬垫。

[0075] 在金属套筒顶部钢板中心、内衬体顶部砌块中心对应位置设置一个直径12mm的检测孔，检测孔贯穿金属套筒顶部钢板和内衬体的顶部砌块。

[0076] 用直径18mm的螺栓将5个所述模型单元通过连接部连接为一体。

[0077] S2.在端头模型单元端部设置封堵挡板。封堵挡板由金属套盒、砂浆砌块、穿孔和铜管组成。金属套盒采用厚度5mm的A3钢板加工。金属套盒两侧焊接与金属套筒连接部位置
对应的角钢连接部，采用直径18mm的螺栓与金属套筒相连接，金属套盒中嵌套水泥砂浆砌
块，水泥砂浆砌块与金属套盒盒体之间铺设一层厚2mm的橡胶衬垫，在封堵挡板中心位置设
置一个直径6.5mm的穿孔，穿孔垂直贯穿金属套盒和水泥砂浆砌块(如图3所示)。在穿孔中
插入一个内径3.6mm、外径5.6mm的铜管。

[0078] S3.将长度为100cm的导爆管一端头与发爆器连接，另一端头经铜管进入端部挡板内侧并与铜管的内侧端头齐平。

[0079] S4.模型单元的编号根据与封堵挡板的距离，由近及远依次为1#、2#、3#、4#和5#。在1#～5#模型单元的检测孔中，分别将5只直径10mm的传声器穿过检测孔进入模型单元内
部。检测孔与传声器之间设置密封圈。数据采集仪通过数据线连接5只传声器。传声器的信
号接收端与挡板内侧导爆管末端高度齐平。

[0080] S5.起爆导爆管，由数据采集仪采集1#～5#模型单元上5个传声器的噪声数据。获得距离导爆管末端不同距离处爆炸噪声的声学特征数据，从而得到这些特征数据在隧道内
沿隧道轴线方向的变化规律。包括时域特征谱线、频域特征谱线和1/3倍频程曲线。

[0081] S6.在上述端头模型单元端部挡板设置6个直径11.1mm的穿孔，如图4所示，穿孔中插入6个内径9.2mm，外径10.2mm的铜管。其中端头的模型单元端部挡板设置1～24号穿孔，
其中1～6号穿孔模拟掏槽孔，7～10号穿孔模拟辅助孔，11～24号穿孔模拟周边孔。

[0082] S7.在S6中的1‑6号为大直径铜管内的穿孔，分别将3根长度为50cm的导爆管插入大直径铜管内的穿孔，进入端部挡板内侧并与铜管的内侧端头齐平，另一端头通过反射四
通分别与第四根导爆管一端连接，第四根导爆管另一端与发爆器连接，如图4所示1‑6号穿
孔。

[0083] 其中掏槽孔直径为11.1mm，掏槽孔中插入6个内径9.2mm，外径10.2mm的铜管。每个掏槽孔中的铜管内分别插入3根长度为100cm的导爆管，3根导爆管一端进入端部挡板内侧
并与铜管的内侧端头齐平，另一端头通过反射四通与连接毫秒延时发爆器激发针的导爆管
另一端相连接。

[0084] S8.将7‑24号穿孔内的导爆管一端头经铜管进入端部挡板内侧并与铜管的内侧端头齐平，另一端头与毫秒延时发爆器连接(如图5所示)，导爆管长度取100cm。其中辅助孔与
周边孔直径为6.5mm，在辅助孔与周边孔中分别插入一个内径为3.6mm、外径为5.6mm的铜
管。导爆管一端头经铜管进入端部挡板内侧并与铜管的内侧端头齐平，另一端头与毫秒延
时发爆器连接，如图5所示。

[0085] S9.重复步骤S4，传声器的信号接收端与挡板内侧中轴线上导爆管末端高度齐平。

[0086] S10.通过毫秒延时发爆器的延时引爆控制电路设置1～6号穿孔延期时间为0ms，7～10号穿孔延期时间为550ms，11～14号穿孔延期时间为1020ms，15～24号穿孔延期时间为
2000ms。重复步骤S5，从而得到不同装药量导爆管延时起爆后产生的噪声在距离导爆管末
端不同距离处爆炸噪声的声学特征数据，这些特征数据在隧道内沿隧道轴线方向的变化规
律。包括时域特征谱线、频域特征谱线和1/3倍频程曲线。

[0087] S11.在实施例1所述1#、2#模型单元间加装一个插接单元。插接单元由插接金属套筒、插接内衬体、插接孔、测试单元、连接部和把手部组成。内衬体由水泥砂浆砌块拼接而
成。

[0088] 插接金属套筒为外轮廓高400mm、宽500mm的矩形断面，长200mm，采用厚度5mm的A3钢板加工(如图6所示)。连接部使用边宽45mm的等边角钢加工，其中角钢的一个侧边上设一
个直径20mm的螺孔，另一边焊接在金属套筒上。把手部采用直径12mm钢筋加工焊接在金属
套筒上。在插接金属套筒高400mm的钢板两端对称焊接8个连接部、2个把手部。所述插接单
元通过连接部用8条直径18mm的螺栓与两侧的1#、2#模型单元连接。

[0089] 插接内衬体厚度50mm，由4块厚度50mm，沿模型隧道轴线方向为200mm的矩形水泥砂浆砌块拼接而成，采用结构胶填充拼接缝(如图7所示)。砂浆砌块与金属套筒内壁之间铺
设一层厚2mm的橡胶衬垫。

[0090] 插接单元的两侧各设置2个插接孔，插接孔的直径10mm贯穿插接金属套筒和砂浆砌块。

[0091] 测试单元位于插接单元内部(如图8所示)。本实施例的测试单元为2扇采用消音棉制作的消音门。2扇消音门与模型单元相接触的一侧各固定有两条螺杆。螺杆穿过插接孔用
螺母将消音门与模型单元固定在一起。

[0092] S12.重复步骤S1～S5，由数据采集仪采集1#～5#模型单元上5个传声器的噪声数据。获得消音门两侧爆炸噪声的声学特征数据，从而对消音门的爆破噪声的降噪效果进行
评价。

[0093] 其中，内衬体的内截面可以为矩形、半圆拱形、梯形、圆形或马蹄形，从而研究不同断面形状隧道内的爆破噪声传播规律及不同测试单元的消音、降噪效果。内衬体的材料可
以为水泥砂浆、岩石、有机纤维或无机纤维等吸音材料。

[0094] 本发明通过实验筛选，将导爆管爆炸产生的脉冲声波作为模拟隧道工程爆破的标准声源，充分考虑了炸药爆炸脉冲声波的声学特征，该声源与炸药爆炸产生噪声的声学特
征接近，具有操作方便、安全可靠、可重复性强、成本低廉、适合小尺度模型试验等特点。本
发明提出了一种可拼接的适合测量隧道内爆炸噪声的测量装置及测量方法，配合导爆管作
为标准脉冲声源，可以在实验室使用小尺度模型试验研究隧道工程爆破噪声、隧道内炸药
爆炸噪声在隧道内的传播规律，评价隧道内消音设施、消音材料的消音降噪效果。使用本发
明提出的爆炸噪声测量装置拼接方便、操作简单，用来进行隧道内炸药爆炸的模拟实验具
有安全、方便、可重复性强、成本低等优点。

[0095] 上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护
范围。