隧道结构安全在线监测系统 隧道变形监测静力水准仪

隧道监测背景：

        隧道所处的地下环境较为复杂，易受地质条件恶化、结构损伤、退化失稳以及自然灾害等因素影响，引发隧道拱顶开裂、边墙开裂、衬砌损坏、隧道渗漏水、围岩大变形等病害，从而导致隧道安全事故发生，尤其在长期服役下隧道结构的安全性更是面临极大挑战。

        为了保证隧道在施工期和营运期的安全，应该如何做好施工安全及结构健康监测工作呢？

隧道监测内容：

        隧道结构安全监测是保障工程建设的安全、质量、地面车辆以及周边建筑和地下管线正常运行的重要手段，为了确保隧道施工和运营期间的安全，需对隧道结构进行实时监测。

一. 施工期监测

        在施工期需对隧道主体结构和衬砌结构的变形和受力情况进行实时监测。

        拱顶下沉监测：对隧道拱顶下沉监测可采用激光测距仪，测距仪固定在隧道边墙，另一侧设置返光片，同时在拱顶位移也固定一枚返光片，将固定支座标高与测距仪度数相加得出拱顶沉降值。

        地表下沉监测：隧道施工期间采用静力水准仪/动力水准仪对地表进行下沉监测，及时了解隧道上方的山体下沉情况并评估可能对隧道产生哪些影响。

        周边结构物监测：隧道施工期间分别采用静力水准仪、倾角传感器和裂缝计对隧道周边的高楼、铁塔、大坝等结构物进行实时监测，当结构发生较大形变时，应采取有效的维修加固措施。

        周边收敛位移监测：隧道施工期间采用隧道风险预警器监测隧道周边收敛位移变量，以了解在隧道施工期间周边收敛位移情况。把握隧道周边收敛位移趋势和可能对隧道施工产生的影响。

        围岩体内部位移监测：隧道施工期采用节段式测斜仪对围岩体内部位移监测，了解围岩体内部位移与内力状况，把握围岩体内部位移与内力的发展趋势。

        锚杆轴力监测：隧道施工期间采用轴力计监测作用在支护结构上的压力大小，了解结构受力状况，把握结构受力的荷载状态，分析隧道各支护结构的稳定情况及发展趋势

        支护、衬砌内力：隧道施工期间采用振弦式应变计通过对层间压力监测，了解围岩与初期支护之间及初期支护与混凝土之间的压力状况，把握围岩与初期支护之间及初期支护与混凝土之间的压力发展趋势。

        孔隙水压力监测：隧道施工初期预埋多个孔隙水压计（渗压计），通过渗压计可以实时监测隧道渗水压力，便于使用者实时了解隧道内部渗水压力，从而做好防护，提高行车的安全性。

        土压力监测：隧道施工期预埋多个土压力盒监测隧道土体内部的压力变化，在使用时底部预埋在混凝土中，监测面埋入待测土体中，对土体进行长期监测。

        环境监测：隧道施工期或营运期用环境监测设备，监测隧道的安全性，识别气体危害、监测大气温度和湿度等。

二. 营运期监测

        由于隧道所处地质条件和周围环境以及在长期服役下引起的材料退化等因素影响，导致隧道主体结构发生倾斜、沉降、隆起、裂缝等形变，此时需针对这些安全隐患，建设有效的自动化在线监测系统方案。

隧道结构安全在线监测系统：

        深圳安锐科技集合了物联网、传感器、无线传输和数据分析统计等技术，研发出隧道结构安全自动化监测系统。

        该系统通过深入了解隧道的变形机理，完成对隧道应变、振动、温度、沉降等动态响应信号的实时在线监测和远程采集，将隧道结构健康状况展示在用户端，同时支持多重预警机制，及时发现隧道隐藏安全风险，能尽量减少灾害的发生。

        隧道结构安全自动化监测系统作为隧道施工管理的重要组成部分，它能从多个角度避免隧道结构病害的发生，同时通过长期监测获得隧道施工现场的动态数据，及时处理有损隧道使用性能的病害问题，为完善隧道工程设计与指导施工提供可靠的数据。

监测设备选择

        综上所述，在隧道结构健康监测系统中，主要针对隧道的应力/应变、温度、沉降、位移等物理量，可用于这类监测项目的传感器和设备种类繁多、型号各异，而且不断有新的更加可靠、精确和便宜的传感器被开发出来，因此在进行传感器设备选型时要重点考虑量程、灵敏度、精度以及工作环境等因素。

设备介绍：

        液压式静力水准仪，是一款利用连通器原理实现竖向位移测量的传感器，采用进口扩散硅压力敏感元件并集成温度修正元件，通过RS485数字型接口输出高精度的数据。可用于桥梁、隧道、路基、地铁、深基坑、大坝、房屋等结构物的沉降自动化监测。

        动力水准仪可在振动和运动环境下能准确的测量出竖向位移。可用于高铁地基高压注浆时地基、隆起的压力反馈控制、桥梁的动态挠度测量、高铁经过时轨道、结构的动态位移实时测量等需要对位移做出快速反应的项目。本方案中将动力水准仪用于监测桥梁的挠度。

        网关采集器是用来采集传感器数据，把传感器、控制执行设备和云平台软件连接为一体的智能化硬件设备。用来采集、上传传感器数据，并按照控制策略实现控制报警设备、机械动作等功能。

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