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运营隧道断面变形激光监测系统

原作者: 朱尚清 来自: 检师学社公众号 收藏 分享 邀请
 隧道在施工监控量测中隧道的变形收敛及断面形状的测量是必测的参数,通过隧道断面收敛来判断围岩结构的稳定,通过隧道断面的测量来对隧道断面开挖质量(有无超欠挖)进行评定。而运营隧道在发生地质灾害等情况也会导致隧道断面出现变形,而运营隧道目前进行监测的有效手段不多。本文介绍一种基于激光测距、无线传输以及大数据分析的长期隧道断面监测系统,通过监测系统能有效进行断面形状测量、分析隧道净空的变化并能进行预警,以确保隧道运营的安全。
 
 一、运营隧道断面测量情况
 目前运营隧道在进行土建结构定期检测时,隧道管理单位有时委托第三方检测机构进行隧道的断面测量。在进行测量时有时临时选择典型断面利用激光隧道断面仪进行测量,测量时需要临时中断交通。该种测量方式由于需要在隧道中线处测量,临时布设点位由于通车后难以保留,在下次测量时难以同上次进行对比。因此常规的隧道断面检测只能大致测量隧道的典型断面形状,难以通过通过两次测量数据对比分析其变形情况,对于隧道运营过程中变形不能进行有效的评定。
 
 常规的隧道安全运营监测手段较少,缺乏实用、高效的监控方法,只能通过一些定期检测对隧道变形进行测试,检测周期长,不能达到对隧道安全运营监测的目的。从目前对隧道断面测试的一些方法来看,普通存在信息化水平低、测试周期长、受交通环境影响大、测试数据分析自动化不高、后期数据人工处理工作量大等特点。
 我国在运营隧道自动断面变形监测方面存在的问题,主要有以下几个方面:
 (1)传统测试隧道断面采用隧道断面仪,需在隧道路面架设仪器,测试过程不能受到往来车辆遮挡,故监测人员与往来车辆会产生相互影响,不仅容易阻碍交通运行也降低了监测人员的工作效率及人身安全性。
 
 (2)测试数据需从仪器导入计算机,数据获取时效性低,且监测数据需经人工进行分析处理,工作内容繁杂容易出错,故对数据处理人员的工作能力要求较高。
 
 (3)传统运营隧道监测反馈及预警机制落后,由于数据获取慢、处理周期长,且容易出现人工误差,故不能及时对隧道运营安全进行反馈及预警,降低了隧道监测的目的性。
 
 二、隧道断面变形激光监测系统功能
 运营隧道断面变形激光监测系统,包括激光测距装置,数据采集控制装置,远程数据分析装置;激光测距装置中设有自动旋转装置,自动旋转装置通过数据采集控制装置预设的旋转角度及监测点数,自动旋转对准隧道断面点位,并控制激光测距仪测量隧道断面变形数据。数据采集控制装置内设有无线采集终端,可以通过4G网络自动将隧道断面变形监测数据上传至云端,远程数据分析装置自动下载云端采集数据,通过内设的数据分析软件进行系统分析处理,绘制隧道断面线形、分析形变状态并及时变形超限预警。
 
 运营隧道断面变形激光监测系统的设计
 运营隧道断面变形激光监测系统,能实现运营隧道断面监测从数据采集、分析处理、超限预警等全程自动化,避免了交通环境等外界干扰并简化数据处理流程保证数据时效性,从而提高了运营隧道的监测效率及准确性,为隧道的安全运营提供保障。
 
 三、隧道断面变形激光监测系统设计框架见图1。
 图1  运营隧道断面变形激光监测系统框架图
 
 运营隧道断面变形激光监测系统,其特征在于,包括激光测距装置,数据采集控制装置,远程数据分析装置;激光测距装置中设有自动旋转装置,自动旋转装置通过数据采集控制装置预设的旋转角度及监测点数,自动旋转对准隧道断面点位,并控制激光测距仪测量隧道断面变形数据。
 激光测距装置由激光测距仪、自动旋转装置、固定支撑装置组成,以隧道中心线为轴对称布置两个激光测距装置,固定在隧道内壁以进行隧道全断面的监测。
 数据采集控制装置具有自动纠错功能,通过对隧道监测测点设定预设值,当监测过程中有行车或其它障碍物阻挡,出现测试数据明显偏离时,系统自动重新测试,直到测试数据在设定范围内,自动旋转装置继续旋转进行下一测点测试。
 数据采集控制装置内设有无线采集终端,可以通过4G网络自动将隧道断面变形监测数据上传至云端。数据采集控制装置可按监测规范或实际要求进行程序设置监测周期及频率,对隧道进行安全运营监测。
 远程数据分析装置可以自动下载云端采集数据,通过内设的数据分析软件进行系统分析处理,绘制隧道断面线形、分析形变状态并及时变形超限预警。
 
 四、隧道断面变形激光监测系统监测的实施
 系统组成包括:激光测距装置,数据采集控制装置,远程数据分析装置;激光测距装置中设有自动旋转装置,自动旋转装置通过数据采集控制装置预设的旋转角度及监测点数,自动旋转对准隧道断面点位,并控制激光测距仪测量隧道断面变形数据。
 
 运营隧道断面变形激光监测系统的激光测距装置(见图2)包括激光测距仪1,自动旋转装置2,数据采集控制装置3,固定支撑装置4,远程数据分析装置5。
 
图2 运营隧道断面变形激光监测系统组成图
 
 激光测距装置通过固定支撑装置4布置在隧道内壁指定位置。通过数据采集控制装置3发出工作指令,自动旋转装置2通过数据采集控制装置3预设的旋转角度及监测点数自动旋转对准隧道断面测点6,并控制激光测距仪测量隧道断面变形数据。数据采集控制装置3内设有无线采集终端,可以通过4G网络自动将隧道断面变形监测数据上传至云端,远程数据分析装置5自动下载云端采集数据,通过内设的数据分析软件进行系统分析处理,绘制隧道断面线形、分析形变状态并及时变形超限预警等工作。
 
 激光测距装置以隧道中心线为轴对称布置在隧道内壁两侧指定位置,通过两侧激光测距装置交叉布置测点6,以达到隧道监测断面无死角并提高监测效率,为监测提供更加全面及精准的数据。隧道监测实施的断面布置图(见图3),隧道两侧内壁各布设一个监测设备,对另外一侧断面进行监测,两个监测设备监测数据合成全断面的隧道监测数据,最后生成隧道断面数据,通过数据对比分析来评价断面变形情况。

 图3 隧道断面变形激光监测系统工作示意图

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南昌启用道路综合检测雷达系统发布时间:2019-04-19
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