[發明專利]一種隧道施工及營運期一體化監控系統及方法

無效

• 申請號: 201310111158.1
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103197644A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 何川;汪波;周藝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 王澤云

技術領域

本發明涉及一種隧道結構安全全壽命監控系統及方法，尤其涉及一種隧道施工及營運期一體化監控系統及方法。

背景技術

目前我國山嶺隧道普遍采用新奧法設計施工技術，隧道主體結構以錨噴支護和模筑混凝土復合襯砌結構為主流形式。在具體的施工方法中開挖步驟及錨噴支護和模筑混凝土的施設時機往往因施工單位的技術水平及圍巖和環境條件出現極大的差異而導致同樣的主體結構而具有不同水平的安全儲備。同時，因地下水長期侵蝕等原因會引起錨桿失效、鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕導致襯砌結構實際承載力下降。近期國內部分省市即出現過因圍壓或其它未預見的原因而導致在施工期間及已經建成的山嶺隧道主體結構失穩嚴重坍塌的重大事故，也有大量國內外鐵路及公路隧道主體結構因嚴重開裂等工程病害出現破壞而影響行車安全和中斷交通的報導。但是，截止目前，針對山嶺隧道安全性監控大多集中在施工期間，而對于營運期間開展結構安全監測技術的研究并不多見。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種實現對隧道建成初期至營運期全過程主體結構安全與健康狀態的智能評價，形成隧道施工及營運期結構整體健康狀況的評估體系的隧道施工及營運期一體化監控系統及方法。

為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種隧道施工及營運期一體化監控系統，包括多個埋設于隧道施工及建成初期的不同斷面中的傳感器、多個自動采集儀、數據傳輸系統、協議轉換器和監控計算機，多個自動采集儀之間通過總線串聯，每個所述傳感器的信號輸出端與對應的自動采集儀的信號輸入端連接，所述自動采集儀通過數據傳輸系統與所述協議轉換器通訊連接，所述協議轉換器的數據端口與所述監控計算機的數據端口連接。

進一步地，所述隧道施工及營運期一體化監控系統還包括多個集線箱，所述集線箱上設置有傳感器接線端、電源接線端和光纖接線端，每個所述自動采集儀設置于不同的集線箱中。

作為優選，所述集線箱的長×寬×高=1000mm×1000mm×350mm，所述集線箱位于隧道弱電纜槽側邊墻。

進一步地，所述數據傳輸系統包括傳輸光纜、傳輸電纜、交換機和網關。

進一步地，所述自動采集儀上設置于有RS232接口、RS485接口、RS422接口、以太網口以及光纖傳輸接口。

更進一步地，所述自動采集儀內置大容量數據存貯器和可充電電池組。

一種用于隧道施工及營運期一體化監控系統的方法,包括以下步驟：

（1）在隧道施工過程中選擇不同斷面中安裝和埋設傳感器；將所述各不同斷面的傳感器與自動采集儀連接，同時將不同斷面的自動采集儀間利用總線進行串接，再通過數據傳輸系統與所述協議轉換器連接，所述協議轉換器與監控計算機相連；

所述步驟（1）還包括在傳感器的埋設過程中在弱電纜槽側設置集線箱。

所述步驟（1）中傳感器埋設的具體方法如下：先按照確定好的走線線路將傳感器放入布設位置，然后將尾纖布好，再用電焊將傳感器按照要求的方向固定，并確保元件不會偏移所固定的位置、方向，最后提醒施工人員澆注、震動水泥時盡量減少對元器件的破壞。

（2）傳感器埋設完成后，采集傳感器將采集的原始頻率輸出值傳輸至自動采集儀，自動采集儀通過數據傳輸系統將傳感器采集的信號傳輸至所述協議轉換器，所述協議轉換器根據傳感器相應的標定算法將采集到的頻率值轉換成實際的物理量后傳輸給監控計算機，通過監控計算機能夠對隧道結構安全與健康狀態監測數據進行自動采集，并能夠對采集周期進行調整。

（3）所述監控計算機中采用自行研制的隧道結構安全性評價系統對監測數據進行分析與評價。

進一步地，所述隧道結構安全性評價系統由結構健康狀態智能評價與預警系統兩部分組成，所述預警系統由數據采集模塊、數據管理模塊、曲線繪制模塊、結構安全性評價模塊、設備管理模塊和用戶管理模塊構成。

本發明的有益效果在于：

本發明提出了一種從隧道建成到全服役期內的結構安全監控系統及方法，本發明通過設置耐久性好的長期監控元器件，形成長期監控網絡，對隧道從施工至服役期結束全壽命范圍內的結構力學行為特征進行全過程監控，在數據繼承、連續、發展的基礎上，評價分析隧道結構的安全性，相對于一般的監控方法而言，本發明涵蓋了隧道從施工初期至最終服役期滿時的結構安全性全過程監控。

附圖說明

圖1是本發明一種隧道施工及營運期一體化監控系統的結構框圖；

圖2是本發明中裝有自動采集儀的集線箱的結構示意圖；