隧道變形智能監(jiān)測系統(tǒng)介紹

二院四川睿鐵科技有限責任公司

聯(lián)合研制四川交奧智控防護科技有限公司隧道變形監(jiān)測系統(tǒng)主要內(nèi)容：①現(xiàn)有測量方法及需解決的問題監(jiān)測系統(tǒng)采用技術(shù)及系統(tǒng)組成監(jiān)測系統(tǒng)主要特點及其使用情況監(jiān)測系統(tǒng)三大主要功能與作用前言監(jiān)控量測目的前言

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，依據(jù)Q/CR9218-2015《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》，目前監(jiān)控量測大多采用全站儀進行測量，主要測量拱頂沉降和凈空收斂。測量班組一般為11人左右，其中有四人專門進行監(jiān)控量測，測量的數(shù)據(jù)每天上報工管中心。一、現(xiàn)有手段方法及其存在的主要問題一、現(xiàn)有手段方法及其存在的主要問題主要工作步驟為：（一）依據(jù)圍巖等級鉆孔埋點1、用充氣鉆鉆孔2、埋入鋼筋3、按合適的角度貼反光貼變形觀測點埋設(shè)及貼反光貼、標識牌目前測量方法一、現(xiàn)有手段方法及其存在的主要問題主要工作步驟為：（二）確定控制點或自由建站

全站儀自由設(shè)站的原理是

通過N個點的距離和方位角高程

來確定自由站點的三維坐標

難點是必須嚴謹細致，否則精度難以保證一、現(xiàn)有手段方法及其存在的主要問題主要工作步驟為：（三）按規(guī)范要求進行測量

按規(guī)范要求，每個被測點測量三次，然后算出平均值。每個測量點每天至少測量一次；距離開挖面近或位移速率高，每天則需測量2次。一、現(xiàn)有手段方法及其存在的主要問題主要工作步驟為：（四）數(shù)據(jù)分析和信息反饋

一是施工與測量相互影響。在五級圍巖情況下，實施間隔12小時測量（大變形則需間隔6小時測量），每次測量大概需要2個多小時，測量過程中來往車輛和施工人員多，直接干擾測量工作；反過來說也直接影響施工進度。存在的主要問題二是數(shù)據(jù)真實性不高。監(jiān)控量測過程復雜，工作繁瑣，每步均需嚴謹細致。這就需要測量人員既要專業(yè)性強，又要工作認真負責、不怕辛苦。據(jù)調(diào)查，大多測量人員為圖快，沒有采取測量三次算平均，也沒有按照規(guī)定的時間間隔進行測量，甚至4、5天測量一次，每天提供報表自然不真實；三是不能實時掌握情況。監(jiān)測間隔時間通常為24小時，最短間隔為6小時，難以掌握初始狀態(tài)急速沉降情況，給施工安全帶來一定隱患；尤其對大變形監(jiān)測，因不能實時掌握變形情況，嚴重時會造成隧道塌方；四是測量數(shù)據(jù)精度不夠。目前隧道監(jiān)控量測大多采用精度為3+2ppm*d全站儀測量，也就是說全站儀固定誤差在3mm，比例誤差每km為2mm；無法達到《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》要求的0.5--1mm測量精度要求。測量過程中記錄多、計算多、分析多，人為誤差難以避免，精度自然無法保證；結(jié)果是測量數(shù)據(jù)無實際指導意義，嚴重者會帶來凈空不達標返工；

五是人員招聘難留不住。鐵路隧道工程大多在深山偏遠地區(qū)，生活條件艱苦，測量工作環(huán)境惡劣，即使高薪也難以招聘到工作嚴謹、吃苦耐勞的專業(yè)測量人員。加上，承擔責任重、工作壓力大，留住人才就更難了。存在的主要問題二、隧道變形監(jiān)測技術(shù)與組成

測量系統(tǒng)由收斂測量單元、沉降測量單元（含拱頂和地面沉降測量）、采控站、基準測量模塊、測控軟件、手持式讀數(shù)儀、手持測距儀、溫度傳感器和各種配件組成（連接件、連接線纜、連通管等）組成。系統(tǒng)采用了激光相位測距技術(shù)、精密水準儀亞毫米測量技術(shù)、超低功耗無線通信技術(shù)，以及函數(shù)換算間接測量法和快速裝拆連接法，保證了系統(tǒng)測量精度高、功耗低，裝拆便捷。交奧科技

系統(tǒng)實物照片二、隧道變形監(jiān)測技術(shù)與組成測量原理：被測點標高（絕對高度）：人工復雜計算、系統(tǒng)自動生成二、隧道變形監(jiān)測主要功能變形監(jiān)測安全預警施工指導數(shù)據(jù)真實可靠、安裝方便快捷動態(tài)質(zhì)量控制、實時安全預警預測二襯時間、分析超挖欠挖功能一：變形測量拱頂沉降、凈空收斂、單邊位移自動測量拱頂標高和隧道凈空自動測量功能一：變形測量定時測量（設(shè)定測量起始時間和間隔）和實時招測功能一：變形測量多斷面同時測量，隨隧道開挖進程滾動式測量功能一：變形測量自動生成沉降、上下收斂記錄表單和位移曲線功能一：變形測量真實反映多斷面沉降、凈空變形情況，可反映沉降與收斂變形關(guān)系功能二：安全預警功能二：安全預警數(shù)據(jù)自動與規(guī)定的閾值比較，及時進行預警，可避免塌方等安全事故發(fā)生功能三：指導施工預計還需監(jiān)測1次可穩(wěn)定，預測準確率：0.94功能三：指導施工不僅能測量出凈空相對位移量，還能測量出單邊位移量，通過分析就能得出兩邊開挖量，避免超挖和欠挖1.測量精度高，滿足《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》要求，能有效避免人為差錯；采用相位測距，精度可達0.5mm；系統(tǒng)具有校準功能，進一步減小系統(tǒng)性誤差，高差測量采用差分算法，不受放炮、震動等影響。從測量到數(shù)據(jù)分析均由系統(tǒng)自動完成，有效避免了人為疏忽造成差錯。高差為兩個靜力水準儀差值，不受水箱水位影響三、系統(tǒng)主要特點及其使用情況系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點：2.測量效率高，安裝撤卸操作便捷，效能超過3名專業(yè)測量人員；

開發(fā)了隧道噴漿過程中自動成孔裝置、即解決了測量點預埋問題，又自動留出用于安裝設(shè)備的方孔。系統(tǒng)特點：3.智能程度高，數(shù)據(jù)異常自動篩選、超限自動報警、實時招測、異常提醒，多用戶分享（數(shù)據(jù)經(jīng)過授權(quán)后可接入任何地方）；系統(tǒng)特點：智能程度高系統(tǒng)特點：智能程度高自適應(yīng)手機端系統(tǒng)特點：4.適應(yīng)能力強，經(jīng)“三防處理”，設(shè)備可靠性高，且單元可互換，不拍損壞；

使用單位施工人員不小心，把水泥漿直接噴射到收斂測量單元上，返修時，我們進行表面清理后發(fā)現(xiàn)，除保護玻璃片破損外，測量單元依然能正產(chǎn)工作。5.技能要求低，測量人員無需工作經(jīng)驗，會用電腦就能測量；

6.干擾施工小，測量與施工基本上互不干擾，能有效提高施工進度；三種特殊情況處理一是設(shè)備防護設(shè)備放在洞內(nèi)，加專用防護裝置三種特殊情況處理一是設(shè)備防護反光裝置和一次性反光板二種特殊情況處理二是洞內(nèi)沒有信號—采用數(shù)傳電臺三種特殊情況處理三是灰塵大—增加防灰塵鏡片通過防灰塵試驗工程應(yīng)用方法（一）臺階法沉降收斂測點布置圖說明：全斷面開挖，把沉降測量單元放在中間位置，即可完成拱頂沉降和水平收斂測量；三臺階法施工，先在單側(cè)隧道壁上部安放沉降測量單元，測量拱頂絕對沉降和上測線相對收斂；隨著工序增加收斂測量單元，用于中和下測線相對收斂測量。工程應(yīng)用方法（二）單側(cè)壁法沉降收斂測點布置圖說明：導洞時，在測量斷面上安放一組測量設(shè)備，包括1個沉降測量單元和2個收斂測量單元，當上臺階開挖后，沉降測量單元保持不動，調(diào)整激光線角度，對準開挖后的拱頂監(jiān)測點上即可。中、下臺階開挖后，收斂測量單元依然保持不動，只是對準開挖后的監(jiān)測點即可。與人工測量費用對比與人工測量費用對比由上表得知：雙向3.5公里隧道，自動監(jiān)測設(shè)備以10年折舊進行計算，每公里測量費為10.93萬元，人工監(jiān)測每公里測量費為17.23萬元，自動監(jiān)測測量費小于人工監(jiān)測測量費與人工測量費用對比由上表得知：雙向3.5公里隧道，自動監(jiān)測設(shè)備以5年折舊進行計算，每公里測量費為17.44萬元，人工監(jiān)測每公里測量費為17.87萬元，自動監(jiān)測測量費小于人工監(jiān)測測量費匯報完畢謝謝！請多指教！交奧科技

組成及性能：系統(tǒng)參數(shù)1、測量距離不小于100m（沉降監(jiān)測點間隔距離）；2、測量精度

1mm；3、測量時間5s；4、工作溫度-20°---+60°5、供電方式：混合供電，自主供電工作時間不小于1個月交奧科技

測量原理：交奧科技

測量原理：高度基準導入：

高度基準導入可采取二種方法實現(xiàn)：

一是系統(tǒng)自動導入。把基準測量單元與基準點進行物理連接，方法是把基準測量單元與基準點埋在一起，如此每個沉降測量單元就會自動導入高度基準；

二是人工輔助導入。把基準測量單元固定在二襯后相對穩(wěn)定的隧道壁上，用