一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)工程自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在既有隧道下方施工建設(shè)下穿段隧道時，對既有隧道的運(yùn)營存在一定的安全風(fēng) 險(xiǎn)，主要包括既有隧道的整體沉降超限、振動速度過大所造成的結(jié)構(gòu)損傷以及隧道結(jié)構(gòu)應(yīng) 變超限等?，F(xiàn)有技術(shù)在測量隧道圍巖變形時，檢測方法為人工測量，采用的儀器為收斂計(jì)， 需要在下穿段隧道施工期間人工攜帶檢測儀器定期進(jìn)入既有隧道內(nèi)部進(jìn)行測量，具有一定 的安全風(fēng)險(xiǎn)，并且人工測量在測量結(jié)果方面往往不能滿足測試精度、測量數(shù)據(jù)實(shí)時性和連 續(xù)性等要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)缺乏對隧道圍巖變形的連續(xù)自動化監(jiān)測方法，本實(shí)用新型提供了一 種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在不影響隧道運(yùn)營的情況下實(shí)時采集、傳輸和 處理隧道圍巖變形技術(shù)參數(shù)，具有響應(yīng)速度快、可靠性高和成本低廉等特點(diǎn)，能夠滿足隧道 分布分散、地域廣闊的大型監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)需要。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：
[0005] -種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括表面應(yīng)變計(jì)、工控機(jī)、無線傳輸模塊和監(jiān)控 中心服務(wù)器。表面應(yīng)變計(jì)檢測到的隧道圍巖變形信號傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)通過無線傳輸 模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器。
[0006] 具體的，監(jiān)測系統(tǒng)包括局域網(wǎng)，工控機(jī)通過無線傳輸模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將 隧道圍巖變形信號傳輸至局域網(wǎng)，局域網(wǎng)通過固定IP專線將隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān) 控中心服務(wù)器。
[0007] 具體的，無線傳輸模塊為DTU數(shù)傳模塊，無線通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS網(wǎng)絡(luò)。
[0008] 具體的，表面應(yīng)變計(jì)安裝在隧道內(nèi)壁上并且受力方向?yàn)樗淼垒喞那芯€方向。
[0009] 具體的，隧道內(nèi)每間隔10m設(shè)置一個檢測斷面，每個檢測斷面上設(shè)置5個測點(diǎn)，5個 測點(diǎn)分別位于同一檢測斷面的拱頂、兩個拱腰和兩個拱腳，每個測點(diǎn)上安裝1個表面應(yīng)變 計(jì)。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型利用安裝在隧道內(nèi)的表面應(yīng)變計(jì)實(shí)時采集 隧道圍巖變形量并傳輸至設(shè)置在隧道外的工控機(jī)，最后由工控機(jī)利用無線傳輸模塊和無線 通信網(wǎng)絡(luò)將隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)隧道圍巖變形的連續(xù)自動化監(jiān) 測，為指導(dǎo)下一步的施工提供技術(shù)支持，并確保在施工過程中既有隧道的安全運(yùn)營。本實(shí)用 新型考慮到監(jiān)控中心服務(wù)器一般設(shè)置在遠(yuǎn)離隧道的城市中，在隧道附近設(shè)置若干臺數(shù)據(jù)采 集儀或工控機(jī)，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場信號的收集。隧道多處于野外且分布的地域較為廣闊和分散，鋪 設(shè)專用的有線通信網(wǎng)絡(luò)耗資巨大，并且維護(hù)運(yùn)營的難度和經(jīng)費(fèi)開支均較高。GPRS網(wǎng)絡(luò)是覆 蓋全國的公共網(wǎng)絡(luò)，采用GPRS來傳輸數(shù)據(jù)的一大優(yōu)勢就是現(xiàn)場采集點(diǎn)可以分布在全國范 圍，數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)場采集點(diǎn)之間的距離不受限制，該優(yōu)點(diǎn)是專用無線通信網(wǎng)絡(luò)（如數(shù)傳電 臺、WiMax和WLAN等）和有線通信網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。本實(shí)用新型利用DTU數(shù)傳模塊和GPRS 無線通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場信號傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器，降低了建設(shè)成本，并且響應(yīng)速度快、可靠 性高，能夠滿足隧道分布分散、地域廣闊的大型監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)需要。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡 潔，適用于全國各類隧道的圍巖變形動態(tài)監(jiān)測，具有較大的應(yīng)用和推廣空間。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實(shí)用新型的組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0013] 實(shí)施例為已建成通車的杭深線天池山隧道的圍巖變形動態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目。新建寧德白 馬港鐵路支線天池山一號隧道與實(shí)施例中既有隧道存在交叉情況，屬于下穿既有客運(yùn)專線 鐵路隧道情況。新建天池山一號隧道與實(shí)施例中既有隧道成26. 27°斜交，新建天池山一號 隧道內(nèi)軌頂距實(shí)施例中既有隧道內(nèi)軌頂22. 24m，新建天池山一號隧道二次襯砌拱頂外緣與 實(shí)施例中既有隧道襯砌仰拱凈距為12. 32m，施工下穿段隧道時對實(shí)施例中既有隧道存在一 定的安全威脅。
[0014] 實(shí)施例中既有隧道的表覆地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+Pl)粉質(zhì)黏土、礫砂、細(xì) 圓礫土、碎石土，下伏第三系上新統(tǒng)（βΝ2)玄武巖，白堊系下統(tǒng)〇g粉砂巖、砂巖、泥巖以及 燕山晚期（γ5)花崗巖、（λ μ5)安山玢巖。實(shí)施例既有隧道圍巖地質(zhì)構(gòu)造體系復(fù)雜繁多，不 同時期、不同等級、不同性質(zhì)的斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，多有交叉跡象，并常伴有次級斷裂，使得 區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜化，各次斷層破碎帶遭剝蝕后形成眾多河谷、沖溝。實(shí)施例既有隧道 的隧區(qū)地下水為基巖裂隙水，按其賦存條件可分為風(fēng)化基巖裂隙水和構(gòu)造基巖裂隙水。主 要賦存于白堊系下統(tǒng)砂巖、泥巖及白堊系地層與燕山期花崗巖、安山玢巖接觸帶中，地下水 主要受大氣降水補(bǔ)給，以地下徑流及人工開采方式排泄，水位季節(jié)變化幅度2~3m。對實(shí)施 例中既有隧道進(jìn)行監(jiān)測的目的是根據(jù)圍巖變形掌握既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，及時了解既有 隧道的運(yùn)營情況及變化情況，為及時調(diào)整和修正新建隧道施工方法提供科學(xué)依據(jù)，可以預(yù) 防由于新建隧道對既有隧道帶來的安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。
[0015] 實(shí)施例在既有隧道內(nèi)每間隔10m設(shè)置一個測量斷面，共計(jì)8個測量斷面；每個測 量斷面上設(shè)置5個測點(diǎn)，5個測點(diǎn)分別位于同一檢測斷面的拱頂、兩個拱腰和兩個拱腳上， 每個測點(diǎn)上安裝1個表面應(yīng)變計(jì)。各個表面應(yīng)變計(jì)安裝在既有隧道內(nèi)壁上并且受力方向?yàn)?隧道輪廓的切線方向。如圖1所示，實(shí)施例的隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括表面應(yīng)變計(jì)、 工控機(jī)、DTU數(shù)傳模塊、局域網(wǎng)和監(jiān)控中心服務(wù)器。表面應(yīng)變計(jì)檢測到的隧道圍巖變形信號 傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)通過DTU數(shù)傳模塊并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將隧道圍巖變形信號傳輸至局域 網(wǎng)，局域網(wǎng)通過固定IP專線將隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器。工控機(jī)的一個輸 出端與報(bào)警終端相連。表1為2014年10月至2015年1月實(shí)施例中既有隧道圍巖變形監(jiān) 測數(shù)據(jù)。
[0016] 表 1

[0019] 注：表1中數(shù)值單位為μ ε ;應(yīng)變增大表示受拉，應(yīng)變減小表示受壓。由于在拱頂 安裝的傳感器受到接觸網(wǎng)高壓電流的影響，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定和不準(zhǔn)確，因此在數(shù) 據(jù)分析中未考慮拱頂位置的傳感器。
[0020] 實(shí)施例采用自動化智能無線采集系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測，可同時與人工輔助測量相結(jié)合， 在不影響既有隧道列車正常運(yùn)營的情況下，對監(jiān)測過程中所使用的儀器費(fèi)用合理的進(jìn)行優(yōu) 化，將布線長度減小到最低，合理選用儀器，所提供的相關(guān)參數(shù)合理，對傳感器測點(diǎn)布置合 理，不但順利完成了監(jiān)測而且有效的節(jié)約了資金。實(shí)施例能夠?qū)崟r記錄并查詢爆破振動發(fā) 生時既有隧道主要測點(diǎn)的圍巖變形數(shù)據(jù)，而且在出現(xiàn)超出預(yù)警值數(shù)據(jù)時可發(fā)出蜂鳴報(bào)警， 報(bào)警終端安裝在隧道口的安全范圍內(nèi)。
[0021] 以上所述實(shí)施方式僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本實(shí)用新型可行實(shí)施的 窮舉。對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型原理和精神的前提下對其所作 出的任何顯而易見的改動，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于其包括表面應(yīng)變計(jì)、工控機(jī)、無線傳輸 模塊和監(jiān)控中心服務(wù)器，所述表面應(yīng)變計(jì)檢測到的隧道圍巖變形信號傳輸至工控機(jī)，所述 工控機(jī)通過無線傳輸模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將所述隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心 服務(wù)器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測系統(tǒng) 包括局域網(wǎng)，所述工控機(jī)通過無線傳輸模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將所述隧道圍巖變形信號 傳輸至局域網(wǎng)，所述局域網(wǎng)通過固定IP專線將所述隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心服 務(wù)器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳輸 模塊為DTU數(shù)傳模塊，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)為GPRS網(wǎng)絡(luò)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述表面應(yīng)變 計(jì)安裝在隧道內(nèi)壁上并且受力方向?yàn)樗淼垒喞那芯€方向。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于隧道內(nèi)每間隔 l〇m設(shè)置一個檢測斷面，每個檢測斷面上設(shè)置5個測點(diǎn)，5個所述測點(diǎn)分別位于同一檢測斷 面的拱頂、兩個拱腰和兩個拱腳，每個測點(diǎn)上安裝1個表面應(yīng)變計(jì)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)工程自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。針對現(xiàn)有技術(shù)缺乏對隧道圍巖變形的連續(xù)自動化監(jiān)測方法，本實(shí)用新型提供了一種隧道圍巖變形動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在不影響隧道運(yùn)營的情況下實(shí)時采集、傳輸和處理隧道圍巖變形技術(shù)參數(shù)，具有響應(yīng)速度快、可靠性高和成本低廉等特點(diǎn)，能夠滿足隧道分布分散、地域廣闊的大型監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)需要。本實(shí)用新型包括表面應(yīng)變計(jì)、工控機(jī)、無線傳輸模塊和監(jiān)控中心服務(wù)器。表面應(yīng)變計(jì)檢測到的隧道圍巖變形信號傳輸至工控機(jī)，工控機(jī)通過無線傳輸模塊并利用無線通信網(wǎng)絡(luò)將隧道圍巖變形信號傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器。
【IPC分類】G01B21/32
【公開號】CN205049133
【申請?zhí)枴緾N201520812451
【發(fā)明人】唐琳, 劉雯斐, 付金璐, 崔春雷, 趙國棟
【申請人】中鐵城際規(guī)劃建設(shè)有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月19日