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隧道监测系统

时间:2018-09-04

隧道自动化变形监测通用方案

一 项目概况

1.1 隧道概况

根据项目具体情况确定

1.2 隧道周边概况

根据项目实际情况确定

监测目标

2.1 监测目的

为了掌握围岩在开挖过程中的动态信息和支护结构的稳定状态,提供有关隧道施工全面、系统的信息资料,确保施工安全和支护结构的稳定。通过对围岩支护系统的稳定状态进行监测,是确保施工安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段。

在施工过程中,只有对隧道主体结构和衬砌结构进行全面、系统的监测,才能对工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解,以确保工程的顺利进行,在出现异常情况时及时反馈,并采取必要的工程应急措施,甚至调整施工工艺或修改设计参数。隧道监测主要内容包括:围岩松动;围岩压力;钢架内力;喷混凝土内力;锚杆(锚索)轴力;初期支护与二衬间接触压力;二衬内力;隧洞收敛;爆破振动。

2.2 监测系统方案

传统的隧道的监测方法,在整个工程的施工阶段,不具备接入自动化的条件,基本采取人工观测的手段,存在效率低、数据容易出错、人工需求量大、资料整编复杂等问题。

陆通检测科技提供目前世界上最先进的无线采集方案,基于Mesh低功耗无线多跳网的RocTun隧道安全监测系统,可完美有效的解决传统监测手段面临的以上问题。感知层所埋设的各类型安全监测传感器无需敷设长电缆,选择相应的一体化终端模块安装在传感器附近,终端模块通过Mesh网络与架设在附近的云终端网关进行本地通讯,网关通过布设光纤网络接入Intel网,将数据实时的传输到指挥中心,用户凭账号在客户端或者手机App实时掌握监测数据和项目工况。

方案依据及技术原则

3.1 方案依据

1、《等水准测量规范》(GB 12897-91);

2、《隧道施工技术规范》(JTJ042-94);

3、《变形测量规程》(JGJ/T8-97);  

4、《工程测量规范》(GB50026-93);

5、《隧道支护技术规程》(JCJ120-99);

6、《岩土工程勘察规范》(GB50021);

7、《隧道设计规范》(JTG D70-2004);

8、《隧道施工技术规范》(JTG F60-2009);

9、《公路隧道施工技术细则》(JTG/T F60-2009

3.2 方案设计原则

“全面、开放、规范、科学、实用和扩充”是奥腾岩石科技进行建设和开发监测系统的基本原则。

本着总体设计规划、分步实施的策略,在系统实施的每一阶段,我们都制定了相应的设计原则,以确保设计系统的先进、稳定和扩展。根据这一指导思想,我们提出以下系统设计原则,并配以具体的应用分析。

1、先进性

信息社会技术日新月异,只有采用当前成熟、先进的技术和设备才能保证系统有较长的生命周期,充分发挥系统效益。系统的规划与开发应采用国际上先进且成熟的技术和产品,最终成型系统应是具有良好体系结构的产品,能适应用户业务需求和行业技术的不断进步,在升级扩展中保持良好一致性和兼容性

2、实用性

系统设计应以方便实用为宗旨,应具有简单友好的用户界面、稳定可靠的运行性能以及灵活多样的系统组网方式,使系统能够顺利地投入运行,真正能为地铁监测发展起到积极促进作用。

3、安全性

系统在运行中一旦出现故障,将直接导致用户单位监测工作的紊乱,给用户带来一定经济和社会损失。因此在系统设计时,就应尽可能消除安全隐患,使用先进加密技术保障数据的安全、成熟操作系统、数据库产品和技术,制定合理的数据备份策略,建立完善的预警方案,以防止未能及时预警而带来的各种安全事故的发生。

4、兼容性

新系统建设应充分利用现有技术条件,确保新系统运行平台与第三方信息系统平台及多种传感器兼容,以利于各类信息系统的整合和为用户提供统一的使用界面。

5、扩展性

重视系统的灵活性、可扩充性和可移植性,以适应用户项目的调整和功能需求的逐步扩充,保证系统软件的可操作性和数据一致性。

监测系统结构

4.1 系统结构

整套系统通过现场安设的各类监测传感器获取监测物理量,采用物联网数据采集存储传输一体化模块RocMIOT实时采集数据,终端模块通过Mesh网络与架设在附近的云终端网关进行本地通讯,网关通过布设光纤网络接入Intel网,将数据实时的传输到指挥中心,监测软件RocMOS管理和分析监测项目,隧道监测平台RocTun应用和发布监测结果,用户凭账号在客户端或者手机App实时掌握监测数据和项目工况。以实现对整个隧道的内部位移、应力应变、混凝土支撑、轴力等监测物理量的数据采集、数据分析、数据展示,进而监督和指导隧道施工,并及时对潜在的风险进行预警。

RocTun隧道自动化监测系统主要分为4个层级:

1采集设备层

通过在隧道内壁、深层土体中等位置设置相应传感器监测点采集内部变化。

2数据传输层

RocMIoT采集模块终端模块通过Mesh网络与架设在附近的云终端网关进行本地通讯,将岩土传感器采集的数据传输到控制中心。

3平台处理层:

RocMos自动化监测系统在RocMIoT、网关的支撑下,实现对采集的数据进行分析处理,展示,预警等功能。

4应用层:

数据预警层主要是通过RocMos平台在紧急情况发生时,在控制中心通过声光电警报设备进行劲爆,或将预警信息发送至设定的邮箱,短信,微信,或者电话通知相关人员。相关人员也可以通过RocEye移动软件平台对数据进行远程访问。

4.2 监测内容说明

根据本工程的具体情况,依据有关规范的规定和设计方案及业主对施工监测工作的要求,对以下方面进行监测:

监测项目

监控量测元器件

元器件精度要求

围岩松动圈

多点位移计

≤0.09% F.S

围岩压力

压力计

≤0.045% F.S。

钢架内力

钢筋计

≤0.09% F.S

喷混凝土内力

混凝土应变计

≤0.02% F.S

锚杆轴力

钢筋计

≤0.09% F.S

锚索计

初期支护与二衬间接触压力

压力计

≤0.045% F.S。

二衬内力

混凝土应变计

≤0.02% F.S

爆破振动

加速度计


断面收敛

激光多点位移计

≤0.001% F.S

 

五 监测设备

5.1 传感器

振弦式土压力盒

◎标准量程:0.35、0.7、1、2、3MPa

◎灵 敏 度:0.04%FS

◎绝缘电阻:≥50MΩ

◎温度范围:-20~+80℃

土压力盒(圆形承压盘)设计用来测量作用在土体或者结构上的土壤和孔隙水的总压力,如土石坝、挡土结构和填方工程等,也可以测量混凝土坝界面接触压力和隧道衬砌压力。

 

激光多点位移计
 

激光波长: 635nm

测距范围 0.05-40m

测距精度 ±1.0mm

测角精度: 0.005°

无线激光多点位移计采用低功耗无线Mesh网络通讯技术,红外测距技术和高容量电池相结合构建一套工程结构安全监测自动化测距设备。设备集智能采集、缓存、通讯、供电于一体,相对于传统监测手段本设备具有性价比高、安装便捷、高精度、高采集频率、适应恶劣环境等优势,结合岩石科技的岩石云平台,提高测距数据采集的实时性,计算分析的自动化,报表输出的格式化,大大提升采用该设备和监测单位的生产力。

 

振弦式钢筋


 

◎测量范围:-200~+350MPa

◎分辨率:≤0.025%F.S

◎耐水压:≥1 MPa

◎工作温度:-30~+70℃

振弦式钢筋计主要用来监测混凝土或其它结构中的钢筋或锚杆的应力,例如:桥梁、混凝土桩以及芯墙。钢筋计构成是由一定长度的高强圆钢,沿其中心轴线钻孔,在钻孔内安装一个微型振弦式应变计。使用便携式读数仪或数据采集系统可远程读取钢筋或锚杆的荷载或应力读数。

 

混凝土应变计

◎标准量程: 3000 με

◎精    度:±0.1% F.S.

◎分 辨 率: SM-5:1 με(最小)

SM-2 & SM-100.4 με(最小)

◎温度范围: -20℃~+80

混凝土应变计用来直接埋入各种混凝土结构中,测量由应力引起的应变变化。已知混凝土弹性模量时,可以评估混凝土结构内部的应力。该应变计采用高强度耐腐蚀优质不锈钢材料制成,带有浪涌电压保护器和温度补偿测量功能,适合在各种恶劣环境中进行应用。

 

锚索测力计

◎灵敏度:  ≤ 0.05%F.S

◎测量精度:±0.25% F.S

◎温度测量范围: -40~+150

◎温度测量精度:±0.5

振弦式锚索测力计适用于长期监测水工结构物及其它混凝土结构物、岩石边坡、桥梁等预应力的锚固状态,并可同步测量埋设点的温度。振弦式锚索测力计的敏感测量元件,其与测力钢套的材料线膨胀系数极为接近,经试验温度修正系数甚小,使用中不需要温度修正。

 

加速度传感器

◎加速度分辨率:0.000002g;

◎灵敏度:1.1V/g;

◎线性度:0.5%;

◎自振频率 4.5±0.5Hz

 

多点位移计

◎灵敏度k:≤0.01 mmF

◎测量精度:±0.1% F.S

温度测量范围: -40+150  

◎温度测量精度:±0.5

 

振弦式多点位移计适用于长期埋设在水工结构物或土坝、土堤、边坡、隧道等结构物内,测量结构物深层多部位的位移、沉降、应变、滑移等,并可同步测量埋设点的温度。多点位移计的位移传感器采用的是振弦式位移计,其由位移计加装配套附件而组成。振弦式位移计的敏感测量元件,其与固定机架的材料线膨胀系数极为接近,经试验温度修正系数甚小,使用中不需要温度修正。振弦式多点位移计具有智能识别功能。

5.2 监测物联网终端

RocMIoT监测物联网终端是北京奥腾岩石科技有限公司自主研发的低功耗无线通讯传感器智能采集终端。可以兼容市面上主流的专业传感器,拥有RS485、RS232和振弦接口同时内置高容量电池,采用最前沿的Lora,NBlot,Mesh,无线通讯方式,适用于多种复杂环境下的自动化监测。


 

 

无线数采模块

振弦输入频率范围

500~5000Hz

振弦测量频率测量

分辨率:0.1Hz 精度:0.1%

锂电池

3V 6000mAh4年工作时间

理论可工作15年,按5次数据传输/天计

内部数据传输方式

全双工

输出数据传输方式

半双工,透传

Lo-Ra无线传输距离

8km,可视范围

Lo-Ra无线传输速度

0.18  37.5kbps,可设置

Lo-Ra无线传输带宽

433868915 MHz,可设置

NB-IOT 传输距离

>10km,可范围

NB-IOT 速率

上行72kbps下行:32kbps

NB-IOT 带宽

800MHz/850MHz/900MHz可选

蓝牙支持

BLE4.1 低功耗

无线传输天线布设

嵌于模块顶部壳体内,产品标签覆盖

输出数据

带时间戳的频率、温度、锂电池电量、及振弦传感器诊断(掉线、不稳定)和低电量、传输误码率等故障码

输出数据传输频率

10/分钟~10/天,可设置(影响内置锂电池工作时长)

允许设置功能

(远程,通过相应的命令)

振弦输入信号频段、无线传输带宽、无线传输速率、输出数据传输频率、ID号、485接口

允许输入数据(远程)

时间校准、采集频率

模块间无线传输同步精度

20ms(无GPS时钟输入,依靠模块内置时钟)

0.01ms(有外部GPS时钟输入,通过时间戳实现)

测温功能

范围:-40~105

分辨率:0.1

精度:1.0@-20~+60

供电输出

12V 60mA 两路

防护等级

IP67O型圈密封方式

对外接口

防水插座DTM04-12PA

工作温度

-40~85

抗冲击

100g

抗振动

5g

重量

300g(含电池)

外壳材质

金属CNC+PP防腐蚀塑料

 

Mesh监测物联网网关

 

 

为监测物联网终端提供广域无线网,通过4g将数据直接传输至岩石云平台。

特点:

◎支持多种物联网通讯协议

◎支持多种传感器数据的采集

◎无线组网无需铺设电缆

◎即时获取各种监测数据

◎系统维护和扩展简便易行

◎适应各种恶劣监测现场

◎一个采集终端可以至多采集4个通道数据,一个网关至多接入250个终端

 

5.3 G01NET-3 型数据采集仪

G01NET-3 为新一代智能型、多通道、多功能化的地震和振动监测仪,其主要技术指标如下表。

 


表 1-2-1  G01NET-3

仪器技术指标


指标名称


仪器具体型号







G01NET-3-A

G01NET-3-B


G01NET-3-C

G01NET-3-D









输入通道数量

3 通道

6 通道


8 通道

16 通道







输入量程

-10~10V











分辨率

0.005mV











采样频率

1~2000Hz,任意设置










同步

各通道完全同步









存储容量

标准的 16G SD 卡,可增加到 64G







短信报警功能

可选短信报警(此功能需要单独购买)







数据远程传输

标配串口转网口模块,实现网络远程传输;也可选择 3G 无线 DTU






时间校正功能

可人工校准,也可通过 GPS 模块校准(此功能需要单独购买)







显示功能

7 寸 LCD,带触摸










动态范围

≥120dB











供电

标准 12V,(9~18V)










功耗

12 瓦











自带电池

20AH











尺寸

290X280X280mm










输入阻抗

1M 欧姆










外部接口

3 个串口,2 个 USB 口,1 个 T-USB 口,外加 1 个串口转网口模块







工作温度

-28~70 度











触发功能

软触发











触发截止频率

默认 20Hz,可设置










数据存储格式

文本格式











数据分析

配套 G01NET 信号分析软件









数据传输

配套 G01NET 地震动数据远程接收与在线分析软件,支持同网段内

或公网静态 IP 传输、支持无线 4G 传输。