隧道自动化变形监测技术的应用研究

作者:网站采编
关键词:
摘要：1 隧道变形的主要影响因素 隧道工程的开挖破坏了岩体内部已达到的相对平衡状态，使应力场发生重分布，岩体重新达到力学平衡状态势必会产生一定量的形变，而隧道属于被动受力结

1 隧道变形的主要影响因素

隧道工程的开挖破坏了岩体内部已达到的相对平衡状态，使应力场发生重分布，岩体重新达到力学平衡状态势必会产生一定量的形变，而隧道属于被动受力结构，其受破坏的很大原因是结构体周边岩体或土质发生较大的相对位移。现在将主要影响因素归类如下。

1.1 下卧土层分布不均匀

类似于地基基础，下卧土层随自然状态变化而造成分布不均匀的问题，最易导致隧道侧偏等不均匀沉降。各土层的力学性质和形变参数不同，会导致土层的分层和过渡不均等现象，直接影响是沉降速率与沉降时间的不同，最终导致隧道整体稳定性的破坏。

1.2 地表荷载与沉降的影响

一般情况下，隧道处于地层的中间或下部位置，上部地表荷载和沉降的变化直接影响了隧道的受力变化。隧道上部地层中建筑的新改扩拆等建筑行为会造成附加应力的变化，又由于附加应力的扩散效果，隧道中上部结构必然也会产生应力应变的重分布等情况。另外，土体整体的沉降，隧道整体标高的不均匀变化也将导致隧道整体纵向形变不均匀，裂缝极易产生并发展。

1.3 隧道内部行车的影响

隧道所受土层的影响主要为静力荷载，而隧道内部行车影响是主要的动荷载来源。行车量或单车重量的不同虽然对隧道整体影响较小，但加上时间的累加效果，在长期周期循环作用下，构件的疲劳破坏影响效果也将逐步增大。综上所述，隧道变形监测的重要性不言而喻。

2 自动化监测系统的特点

隧道监测方法以简易人工观测法为主，也有近些年兴起的近景摄影测量法等其他技术。但以上方法均存在不同程度的缺点，会降低监测数据的真实可靠性。简易人工观测法虽能直接获取一手数据，但因人工投入量大及工作效率的问题，滞后性太强；而近景摄影测量法利用高清摄像机在相同的基准点对同一个监测点拍照，来对比前后两个时间点的监测点的形变，获得相应位移参数，但受制于相机的清晰度和拍摄的周边环境因素，导致精度无法得到保证。通过总结传统监测技术的优缺点，取长补短，自动化监测技术得到了大力推广及应用。相较于传统的隧道监测技术，自动化监测系统最大限度地减少了人工干预，消除了随机误差并降低了劳动力成本。

2.1 自动化程度较高

自动化监测体系仅在设备安装前期需要人工干预，后期数据的采集、处理及分析均可实现系统自动处理。在制订好监测计划并将相应程序编入监测系统后，监测仪器便可按照既定的安排严格执行监测任务，同时可根据周边监测环境的变化及相应测区安全性的高低自动调整监测频率，并将采集到的数据自动传输到后台系统进行整合分析及处理，最大限度地保证了原始数据的真实可靠[1]。

2.2 稳定的数据传输及存储

考虑到隧道的特殊性，传统人工监测无法做到监测的实时性，同时由于隧道内部的信号屏蔽效果严重，即使发现异常也无法保证将信息立即传达到外界。自动化监测系统能实现数据的实时采集，并通过远程传输技术把信息传后台控制中心进行存储和处理分析。监测人员仅需在控制中心就可以对数据进行实时查询和调用，实时掌握一手资料，面对突发险情时有足够的应对时间。

2.3 异常数据的辨别与剔除

考虑到现场可控或不可控的因素，部分监测点可能会被遮挡、发生错位或损坏，势必造成监测数据的缺失或错误。自动化监测体系能够自动对异常数据进行筛分和分析，对异常点进行重复观测，并将错误类数据剔除。非错误类的异常点会被及时发送到监测平台，供监测人员进一步分析处理，在保证监测精度的同时，反映现场的真实情况。

3 自动化监测系统的构成及特点

3.1 数据采集

隧道内自动化监测的数据采集主要分为两大类：沉降类和位移类。其中，沉降类涉及的仪器主要有静力水准仪、倾斜测量仪和光纤测量仪等；位移类涉及的仪器主要有裂缝计、变位计等[2]。静力水准仪利用连通器原理，保证每个测点液面处在同一标高。当发生沉降时，通过安装在监测点的电容传感器内的电容变化换算出液面的相对高程变化，再与基点比较得出各监测点的沉降量。隧道裂缝的大小与多少对隧道整体的稳定性有直接的影响，裂缝计可以用来对隧道侧壁裂缝的发展情况进行监测。对振弦式裂缝计而言，其主要组成结构包括振弦式感应元件、弹簧及传递杆等。将裂缝计的两个螺栓分别固定于裂缝两侧，让裂缝计与裂缝保持同步发展。当裂缝发展时，传递杆随之拉紧，根据不同程度下传递杆频率的变化，找出对应的形变量，换算出裂缝的发展程度。裂缝计工作原理如图1所示。

文章来源：《自动化应用》 网址: http://www.zdhyyzz.cn/qikandaodu/2021/0510/1504.html

上一篇：自动化升降停车库的智能控制设计与关键硬件选
下一篇：分离式上架在岸边集装箱起重机上的应用