兩金隧道設(shè)計(jì)文件

1、新溆高速公路兩金隧道施工監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件（送審稿）第一冊 施工圖設(shè)計(jì)北京中潤銳聯(lián)科技有限公司二零一一年五月·北京新溆高速公路兩金隧道施工監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件第一冊 施工圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)單位：北京中潤銳聯(lián)科技有限公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：劉文峰（博士后）參加人員： 劉軍 任國強(qiáng) 陳文清目錄 序號圖名圖號頁數(shù)1總說明342隧道儀器布置總圖HBHMS113隧道環(huán)境溫濕度傳感器布置圖HBHMS214隧道環(huán)境溫濕度傳感器布置細(xì)圖HBHMS315隧道滲壓計(jì)測試布置圖HBHMS416隧道滲壓計(jì)測試細(xì)部圖HBHMS517隧道土壓力計(jì)測試布置圖HBHMS618隧道土壓力計(jì)測試細(xì)部圖HBHMS719隧道應(yīng)變計(jì)測試布置圖H

2、BHMS8110兩金隧道監(jiān)控系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)HBHMS9111隧道錨桿軸力測試布置圖HBHMS10112隧道錨桿軸力安裝布置圖HBHMS11113隧道內(nèi)部位移監(jiān)測布置圖HBHMS12114隧道內(nèi)部多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測布置圖HBHMS13115隧道內(nèi)部多點(diǎn)位移監(jiān)測布置細(xì)圖HBHMS14116監(jiān)控中心電氣接線圖HBHMS15117現(xiàn)場工作站電氣接線圖HBHMS161序號圖名圖號頁數(shù)18圍巖位移監(jiān)測傳感器接線圖HBHMS17119環(huán)境溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)電氣接線圖HBHMS18120結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測傳感器接線圖HBHMS19121兩金隧道監(jiān)測系統(tǒng)全局布置圖HBHMS20122環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖HBHMS21123

3、結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖HBHMS22124圍巖位移監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖HBHMS23125監(jiān)控中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸圖HBHMS24126數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖HBHMS25127數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖HBHMS26128兩金隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)HBHMS27目錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)總說明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的效果為：1、能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測，無需人員進(jìn)行監(jiān)控，采集方式有定時間采集、特殊事件采集等。遠(yuǎn)程自動化采集可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集監(jiān)測，無需人員多次進(jìn)入施工現(xiàn)場。2、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無線傳輸，無需長距離布設(shè)線纜、光纜。3、實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)信息化管理，相關(guān)人員可以通過不同權(quán)限登入以太網(wǎng)或者利用手機(jī)取得現(xiàn)場結(jié)構(gòu)安全數(shù)據(jù)及安全評估信息

4、。4、通過實(shí)施監(jiān)測得到豐富的數(shù)據(jù)樣本，通過系統(tǒng)的自動分析功能，可以分析環(huán)境因素（溫度、濕度、降雨量等因素）的影響，從而得出結(jié)構(gòu)的實(shí)際變化發(fā)展趨勢，了解隧道結(jié)構(gòu)的安全狀況。5、當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常信息是，系統(tǒng)自動進(jìn)行預(yù)報警，在監(jiān)控中心以聲音以及警示燈（屏幕警示）方式進(jìn)行報警，并通過短信方式將信息及時轉(zhuǎn)達(dá)給相關(guān)管理人員。最終該系統(tǒng)達(dá)到的效果是在隧道施工中，使結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測達(dá)到：自動化、信息化、實(shí)時性等效果，從而真正保障隧道施工的安全。一工程概況兩金隧道屬于新溆高速公路的一段，位于新化縣金鳳鄉(xiāng)筍芽村-溆浦縣兩江鄉(xiāng)竹園村境內(nèi)，為分離式隧道，左起樁號為ZK55+403，長4333m，隧道最大埋深約763.5m；

5、右訖樁號為YK51+044YK55+372，長4328m，最大埋深約為754.2m。隧道軸線走向方位角為2770，屬低中山地貌，地形起伏比較大，斜坡自然角為25o-55o，隧道范圍內(nèi)中線地面高程361.5m-1163.3m，最大相對高差為801.8m。1.1地質(zhì)構(gòu)造根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料分析，隧道區(qū)下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（D2q）泥質(zhì)灰?guī)r，跳馬澗組（D2t）石英砂巖及志留系下統(tǒng)（S1）板巖，呈單斜構(gòu)造。1.2水文地質(zhì)條件隧道區(qū)地表水不發(fā)育，未見明顯地表水體。地下水主要為第四系碎石土中的孔隙水和基巖中的裂隙水。孔隙水賦存于碎石層中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，以地下徑流形式排泄，因地形較

6、陡，碎石土的賦水能力差，降雨后補(bǔ)給快、排泄快，水量不大。泥質(zhì)灰?guī)r、砂巖及板巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，深部節(jié)理多呈閉合狀，多充填泥質(zhì)，連通性較差，賦水條件差；淺部強(qiáng)風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體碎裂，含少量裂隙水，主要靠大氣降水補(bǔ)給，沖溝等低洼部位以地下徑流形式排泄；斜坡部位以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。由于節(jié)理裂縫聯(lián)通性差，地下水并非為具有聯(lián)通性的裂隙潛水，僅為局部破碎巖體中賦存的裂隙水，且水量小。但斷層帶F03處破碎帶寬約10m，具導(dǎo)水性，為賦水構(gòu)造，涌水量大?？辈炱陂g，各鉆孔均為揭露到地下水。地面無地表水體經(jīng)過，勘察期間本隧道未見地下水，故未做抽水試驗(yàn)，斷層帶F03為逆斷層，破碎帶寬約10m，

7、有一定的膠接程度，為賦水構(gòu)造。本隧道采用鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程（TB 10049-2004）推薦的降水入滲發(fā)預(yù)測隧道正常涌水量。1.3巖土體工程地質(zhì)特征及隧道圍巖級別劃分1.3.1巖土體工程地質(zhì)特征隧道區(qū)土體主要為第四系更新統(tǒng)坡積成因（QdlP）碎石，分布不均勻，陡斜坡地段厚度較小，新化端洞口段斜坡地段厚度較大，碎石層厚度為1.1m-4.6m。碎石層結(jié)構(gòu)較松散，抗雨水沖刷能力差，作為隧道洞口仰坡土體，易產(chǎn)生沖刷變形破壞，水土流失。在雨水浸潤沖刷侵蝕作用下，開挖受到擾動后可能失穩(wěn)。碎石承載力基本容許值fao=400KPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=160KPa；彈性縱坡速度Vp為1100m/s-14

8、00 m/s。1.3.2隧道進(jìn)、出口工程地質(zhì)評價隧道新化端洞口隧道穩(wěn)定性評價：新化端洞口段隧道軸線方向約263o，左線洞口斜坡坡向92o，自然坡度約35o，隧道軸線與地形等高線近于垂直相交，地形上左、右基本對稱；右線洞口斜坡向約125o，自然坡度約40o，隧道軸線與地形等高線呈大角度相交；第四系覆蓋主要為碎石，厚度約4.6m下伏基巖為泥質(zhì)灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖層產(chǎn)狀為135o68o。1.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)隧道按高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：公路等級：高速公路雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)行車速度：80Km/h；隧道建筑界限:0.75+0.5+2×3.75+0.75+

9、0.75=10.25m，隧道凈高：5.0m；設(shè)計(jì)方法：新奧法設(shè)計(jì)；地震設(shè)防：遂址去基本烈度為度，隧道設(shè)計(jì)按7度設(shè)防。1.4.1隧道平、縱面設(shè)計(jì)隧道左線位于R右1500+A-500+直線+于R右4000的平面線形上，右線位于R右1500+A-500+直線+于R右4000的平面線形上。隧道左線縱坡為2.1%+（-1.5%）的人字坡（巖路線前進(jìn)方向上坡為正）。隧道右線縱坡為1.93%+（-1.5%）的人字坡（巖路線前進(jìn)方向上坡為正）。二編制依據(jù)、原則及目的2.1編制依據(jù)1. 公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTJ 051-93）2. 工程測量規(guī)范 GB50026-533. 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-200

10、3）4. 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70-2004）5. 公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTJ 046-98）6. 公路工程抗震技術(shù)規(guī)范（JTJ004-89）7. 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 042-94）8. 兩金隧道兩階段施工圖設(shè)計(jì)文件等。2.2編制原則Ø 通過監(jiān)控了解各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，判斷圍巖的 穩(wěn)定性、支護(hù)、襯砌的可靠性；Ø 用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的結(jié)果論證設(shè)計(jì)參數(shù)，彌補(bǔ)理論分析過程中存在的不足，并把監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，為修改施工方法，調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)；Ø 通過監(jiān)控對施工中可能出現(xiàn)的事故和險情進(jìn)行預(yù)報，以便及時采取措施，防患

11、于未然；Ø 通過監(jiān)控，判斷初期支護(hù)穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理的施作時間；Ø 通過監(jiān)控了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點(diǎn)，為今后類似工程或該施工方法本身的發(fā)展提供借鑒，依據(jù)和指導(dǎo)作用。2.3編制目的目前我國運(yùn)營隧道存在的主要問題是:(1) 隧道病害數(shù)量大而且類型多 ，整治難度大，所需費(fèi)用多，周期長，而且修理投資缺口較大；(2) 由于年代不同 ，基礎(chǔ)資料不完整 ，管理手段落后；(3) 對隧道病害檢查和檢測手段落后而且不夠規(guī)范，早期病害難以發(fā)現(xiàn)，使某些可以早期整治的病害得 以發(fā)展成嚴(yán)重的病害，徹底整治更加困難；(4) 受施工環(huán)境惡劣及材料耐久性差的影響，一些隧

12、道病害的整治效果不明顯；(5) 新建隧道的設(shè)計(jì)和施工遺留問題較多，某些隧道還相當(dāng)嚴(yán)重。所以對公路隧道施工過程中圍巖的穩(wěn)定性狀況和掌子面前方的情況及時地進(jìn)行超前預(yù)報，進(jìn)一步確認(rèn)并詳細(xì)劃分圍巖級別，再結(jié)合掌子面觀測和施工設(shè)計(jì)圖，及時提出施工方案建議，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對隧道的動態(tài)信息化施工管理，盡量避免或減少由于技術(shù)等原因所造成的工程事故以及由此所造成的不必要的人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)，使隧道建設(shè)的投資分配更加合理，保證施工安全和工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，縮短工期。現(xiàn)場監(jiān)控測量，是在隧道施工過程中，對圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，為初期支護(hù)和二次襯砌的調(diào)整參數(shù)提供依據(jù)，它是隧道施工的重要內(nèi)容之一，是隧道

13、施工的一個必不可少的重要環(huán)節(jié)。是按科學(xué)制定的并已為實(shí)踐所證明的原則和思想修建隧道，其基本精神就是運(yùn)用各種手段(開挖方法、支護(hù)形式、測量及地層預(yù)處理等)抑制圍巖變化，最大限度地利用圍巖自身的承載能力，使隧道施工更安全、更經(jīng)濟(jì)；而其安全性和經(jīng)濟(jì)性就是通過現(xiàn)場監(jiān)控測量圍巖、支護(hù)的變形信息，并及時反饋到下一階段的設(shè)計(jì)和施工中實(shí)現(xiàn)的。因此，快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控測量和反饋，是隧道施工的關(guān)鍵。本方案的制定目標(biāo)是達(dá)到以下幾個方面的要求：一保證系統(tǒng)的可靠性：由于隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)及部分監(jiān)控傳感器是長期野外實(shí)時運(yùn)行，保證系統(tǒng)的可靠性。否則不管在先進(jìn)的儀器，在系統(tǒng)損壞的前提下也發(fā)揮不出應(yīng)有的作用及效果二保證系

14、統(tǒng)的先進(jìn)性：設(shè)備的選擇、監(jiān)測系統(tǒng)功能與現(xiàn)在成熟隧道監(jiān)控技術(shù)及測試技術(shù)發(fā)展水平、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的相關(guān)理論發(fā)展相適應(yīng)，具有先進(jìn)和超前預(yù)警性。三可操作和易于維護(hù)性：系統(tǒng)正常運(yùn)行后應(yīng)易于管理、易于操作，對操作維護(hù)人員的技術(shù)水平及能力不應(yīng)要求過高，方便更新?lián)Q代。四具有完整和擴(kuò)容功能：系統(tǒng)在監(jiān)測過程能夠使監(jiān)測內(nèi)容完整、邏輯嚴(yán)密、各功能模塊之間能夠即相互獨(dú)立、又能相互關(guān)聯(lián)；能避免故障發(fā)生時整個系統(tǒng)的癱瘓。五以最優(yōu)成本控制：本方案的一個原則就是利用最優(yōu)布控方式做到既節(jié)省項(xiàng)目成本、后期維護(hù)投入的人力及物力，又能最大限度發(fā)揮出實(shí)際監(jiān)測、監(jiān)控的效果。三監(jiān)測系統(tǒng)框架建立及研究3.1兩金隧道監(jiān)控系統(tǒng)分析內(nèi)容兩金隧道監(jiān)控系

15、統(tǒng)的建立主要是為了全面掌握隧道整體健康狀況及各主要部位的實(shí)時監(jiān)控。本系統(tǒng)對以下幾個方面作為重點(diǎn)也是最能突出隧道綜合性能的部位及部位的參數(shù)：1.周邊位移2.錨桿軸力3.圍巖體內(nèi)及地表位移4.支護(hù)、襯砌內(nèi)應(yīng)力5.圍巖壓力，包括孔隙水壓力以及土壓力6.鋼架內(nèi)力及外力7.視頻監(jiān)控根據(jù)對上述參數(shù)的采集為健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)的分析提供依據(jù)；然后在整體的基礎(chǔ)上考慮結(jié)構(gòu)整體健康水平，進(jìn)行以下幾個方面的考慮：1、兩金隧道工作環(huán)境方面的分析；2、基于養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的分析；3、隧道易發(fā)事故分析；4、兩金隧道運(yùn)營狀況分析。3.2兩金隧道工作環(huán)境分析兩金隧道環(huán)境分析主要對水、溫度對路面的影響進(jìn)行分析：從地質(zhì)報告中看，整體賦

16、水狀況良好，只有斷層帶F03處破碎帶寬約10m，具導(dǎo)水性，為賦水構(gòu)造，涌水量大。所以對斷層帶F03處作為水環(huán)境重點(diǎn)分析?？障端畨罕O(jiān)控：在斷層帶F03布置三個振弦滲壓傳感器。其他以每600m設(shè)置一個斷面，每個斷面設(shè)置兩個滲壓計(jì)，合計(jì)整個隧道8個段面，滲壓計(jì)17個。圖中紅色柱狀標(biāo)識為滲壓計(jì)：圖3-1 FO3截面滲壓計(jì)布置圖 圖3-2 其余7個截面滲壓計(jì)布置圖溫濕度監(jiān)控：由于溫度對隧道的影響主要是對二襯砌的混凝土產(chǎn)生影響，對于溫度傳感器的布置可以用應(yīng)力監(jiān)控傳感器本身帶的溫度傳感器代替。單獨(dú)溫濕度計(jì)以600m一個位置布置，整個隧道共計(jì)7個溫濕度計(jì)，布置如下：圖3-3 溫濕度計(jì)監(jiān)控布置圖四重點(diǎn)位置監(jiān)測4

17、.1隧道洞內(nèi)、洞外、周邊檢測隧道圍巖周邊各點(diǎn)趨向隧道中心的變形稱為收斂。所謂周邊收斂量測主要是隧道內(nèi)壁面兩點(diǎn)連線方向的距離的變形量的量測。收斂值為兩次量測的距離之差。1）量測目的收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要項(xiàng)目。周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映，通過周邊位移量測可以達(dá)到以下目的。判斷隧道空間的穩(wěn)定性；根據(jù)變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時機(jī)；指導(dǎo)現(xiàn)場的施工。 3）量測儀器目前隧道施工中常用的收斂計(jì)為機(jī)械式的收斂計(jì)和激光斷面儀。4.2錨桿軸力監(jiān)測4.2.1檢測目的錨桿系統(tǒng)的主要作用是：限制圍巖的松弛變形。錨桿工作狀態(tài)好壞直接影響限制圍巖松弛變形的效果，而錨桿工作狀態(tài)好壞

18、主要以其受力后的應(yīng)力應(yīng)變來反映。因此，測試錨桿在工作時的應(yīng)力應(yīng)變值，就可以知道其工作狀態(tài)和判斷其對圍巖松弛變形限制作用的強(qiáng)弱。檢測目的：了解錨桿實(shí)際工作狀態(tài)及軸向力的大小。結(jié)合位移量測，判斷圍巖發(fā)展趨勢，分析圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限修正錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)，評價錨桿支護(hù)效果。4.2.2檢測方法及儀器錨桿的軸向力測定，按其量測原理可分為電測式和機(jī)械式兩類。其中電測式又可分為電阻應(yīng)變式和鋼弦式。電阻應(yīng)變式和機(jī)械式是通過量測錨桿不同深度處的應(yīng)變（或變形），然后按有關(guān)計(jì)算方法轉(zhuǎn)求應(yīng)力。錨桿應(yīng)力計(jì)則是通過測定不同深度處傳感器受力后的鋼弦振動頻率變化，轉(zhuǎn)求應(yīng)力。布置位置：錨桿軸力量測時將傳感器連接或粘貼于錨桿不同的

19、區(qū)段，同時觀測出不同區(qū)段的應(yīng)力應(yīng)變值。每級代表性圍巖選擇1個斷面，每個斷面上選擇3根錨桿，這3根錨桿的位置分別在拱頂、左右拱腰，每根錨桿上連接2個鋼筋應(yīng)力傳感器。整個隧道設(shè)置每一級圍巖選擇按300m為斷面安裝，預(yù)計(jì)共計(jì)70個鋼筋應(yīng)力計(jì)，下圖為鋼筋應(yīng)力計(jì)布點(diǎn)位置截面圖：圖41 錨桿軸力量測示意圖4.3圍巖體內(nèi)位移監(jiān)測4.3.1體內(nèi)設(shè)點(diǎn)1）隧道圍巖內(nèi)部位移量測的主要目的是：了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍。判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強(qiáng)度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍。根據(jù)實(shí)測結(jié)果優(yōu)化錨桿參數(shù)，指導(dǎo)施工。圍巖體內(nèi)位移采用多點(diǎn)位移計(jì)，每級代表性圍巖選擇1個斷面。沿隧道圍巖周邊分別在拱頂打1個深孔，孔深3.7

20、 m5m、孔徑50，采用3點(diǎn)桿式多點(diǎn)位移量測，一個斷面共1個測點(diǎn)，整個隧道具體設(shè)置為每600m一個監(jiān)測斷面，一共7個斷面，一共安裝7套多點(diǎn)位移計(jì)。下圖為單洞開挖圍巖內(nèi)部位移量測布置示意圖。量測斷面盡可能靠近掌子面，及時安裝，測取讀數(shù)。2）量測儀器：多點(diǎn)位移計(jì)、收斂儀3）安裝方法：多點(diǎn)位移計(jì)的安裝方法后面將一本公司的位移計(jì)為例詳細(xì)敘述。4）收斂儀：20米一個斷面，3個一組循環(huán)使用，整個隧道共計(jì)3套收斂儀圖4-2 圍巖內(nèi)部多點(diǎn)位移計(jì)布置示意圖 圖4-3收斂儀測點(diǎn)布置4.3.2地表設(shè)點(diǎn)地表設(shè)點(diǎn)可作為參考，圍巖體內(nèi)位移（地表設(shè)點(diǎn)）同洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)，只是位移計(jì)是從地表埋入而不同。主要設(shè)置在進(jìn)洞口和出洞口隧洞上

21、方。每座隧道2個斷面，每個斷面2個鉆孔，采用3點(diǎn)位移計(jì)。圖4-4 圍巖地表測量布置示意圖4.4圍巖、支護(hù)及襯砌壓力及應(yīng)力監(jiān)測4.4.1圍巖、支護(hù)及襯砌壓力監(jiān)測隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)要阻止這種變形，這樣就會產(chǎn)生圍巖作用與支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護(hù)或噴層與二次襯砌混凝土間的接觸壓力的測試。為了全面了解支護(hù)背后的壓力情況，該項(xiàng)量測在橫斷面上布設(shè)5個測點(diǎn)，測點(diǎn)在襯砌上的關(guān)鍵受力部位。測試的數(shù)據(jù)及時整理出有關(guān)支護(hù)內(nèi)應(yīng)力及支護(hù)與圍巖界面上接觸應(yīng)力分布圖。沿隧道周邊拱頂、拱腰及邊墻埋設(shè)壓力傳感器，將雙膜鋼弦式壓力盒分別埋設(shè)在圍巖與噴射混凝土之間與噴射混

22、凝土與二次襯砌之間。圍巖與噴射混凝土之間的壓力盒是在噴混凝土施工以前埋設(shè)，壓力盒噴射混凝土與二次襯砌之間的壓力盒是在掛防水板之前進(jìn)行安裝，分別測取圍巖對噴射混凝土壓力；噴射混凝土對二次模注混凝土襯砌的壓力。混凝土達(dá)到初凝強(qiáng)度以后開始測取讀數(shù)。埋設(shè)時，壓力盒承壓面（壓力盒比較光的一面）緊貼圍巖面（測圍巖壓力時）和噴射混凝土面（測層間接觸壓力時），壓力盒與圍巖或噴射混凝土接觸面要平整，可在接觸面上先用混凝土抹平，再將壓力盒貼上去。此次1個斷面布置5個壓力盒，分別埋設(shè)在圍巖與噴射混凝土之間與噴射混凝土與二次襯砌之間，每300m一個監(jiān)控?cái)嗝?，整個隧道一共14個壓力監(jiān)控控制截面，所需土壓力盒共計(jì)70，具

23、體布置位置如下圖：圖4-5土壓力盒埋設(shè)布置圖1）目的：了解圍巖壓力的量值及分布狀態(tài)；判斷圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性，分析二次襯砌的穩(wěn)定性和安全度。2）量測儀器與原理：接觸壓力量測儀器根據(jù)測試原理和測力計(jì)結(jié)構(gòu)不同分為液壓式測力計(jì)和振弦式測力計(jì)。目前隧道中多用振弦式壓力計(jì)，弦測法原理：在傳感器中有一根張緊的鋼弦，當(dāng)傳感器受外力作用時，弦的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，隨著弦的內(nèi)應(yīng)力改變，自振頻率也相應(yīng)地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率越低。4.4.2圍巖、支護(hù)及襯砌應(yīng)力監(jiān)測噴射混凝土應(yīng)力量測沿隧道的拱頂及左右邊墻在噴射混凝土內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，每一斷面設(shè)置3個測點(diǎn)，每個測點(diǎn)布置1對應(yīng)變計(jì)，測出每個測點(diǎn)的環(huán)

24、向應(yīng)力和切向應(yīng)力，具體測點(diǎn)布置如圖。圍巖初噴以后，在初噴面上將應(yīng)變計(jì)固定，再復(fù)噴，將應(yīng)力計(jì)全部覆蓋并使應(yīng)力計(jì)居于噴層的中央，方向?yàn)榍邢颉娚浠炷吝_(dá)到初凝時開始測取讀數(shù)。圖46噴射混凝土應(yīng)力量測測點(diǎn)布置圖二次襯砌應(yīng)力量測通常是壓力量測，但這種量測不能充分反映二次襯砌內(nèi)的應(yīng)力情況，采用在二次襯砌內(nèi)外邊緣的環(huán)向主筋或構(gòu)造筋上捆綁應(yīng)變計(jì)的方法，在混凝土澆筑前，將應(yīng)變計(jì)固定在待測位置，測出內(nèi)外邊緣應(yīng)變后，可根據(jù)材料力學(xué)公式，求出二次襯砌中的軸力和彎矩。每300m取一個斷面布置，每個斷面6個內(nèi)埋應(yīng)變計(jì)，全隧道共14個斷面，共計(jì)84個內(nèi)埋應(yīng)變計(jì)，具體布置位置如圖4-5所示：圖47二次襯砌內(nèi)力量測中混凝土應(yīng)

25、變計(jì)測點(diǎn)布置圖4.5鋼架內(nèi)力及外力監(jiān)測一般在、級圍巖中常采用型鋼支撐；級圍巖中常采用格柵支撐。通過對鋼支撐的應(yīng)力量測，可知鋼支撐的實(shí)際工作狀態(tài)，從鋼支撐的性能曲線上可以確定在此壓力作用下鋼支撐所具有的安全系數(shù)，視具體情況確定是否需要采用加固措施。1）量測目的了解鋼支撐應(yīng)力的大小，為鋼支撐選型與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。根據(jù)鋼支撐的受力狀態(tài)，判斷隧道空間和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。了解鋼支撐的實(shí)際工作狀態(tài)，保證隧道施工安全。2）量測元件目前使用較普遍的型鋼支撐應(yīng)力量測多采用軸力計(jì)（反力計(jì)）或鋼弦式應(yīng)變計(jì)，格柵支撐應(yīng)力量測多采用鋼弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)。 4.6 視頻監(jiān)控通過視頻攝像機(jī)實(shí)時監(jiān)控隧道施工現(xiàn)場狀況，可直觀查明現(xiàn)場

26、施工進(jìn)度及狀況，如遇突發(fā)事故可及時發(fā)現(xiàn)，以便第一時間采取措施。攝像機(jī)安裝在隧道兩端出入口搭建的立柱上，共四個。 4.7隧道監(jiān)控主要儀器數(shù)量表參數(shù)內(nèi)容采用儀器數(shù)量/個位置備注環(huán)境參數(shù)拱頂下沉收斂儀320米一個斷面20個一組循環(huán)使用溫濕度溫濕度計(jì)7每600米一個截面每個截面安裝1個應(yīng)力應(yīng)變錨桿鋼筋應(yīng)變計(jì)70每一級圍巖100米選一個斷面每個斷面選2根錨桿，每根安裝2個應(yīng)變內(nèi)埋應(yīng)變計(jì)（帶溫度）84每300米一個斷面每個斷面安裝6個壓應(yīng)力土壓力盒70300米一個斷面位置每個斷面5個圍巖圍巖位移3點(diǎn)位移計(jì)7每一級圍巖600米選一個斷面每個段面選1個點(diǎn)圍巖水壓空隙水壓計(jì)17斷層帶F03安裝1個每600米一個

27、斷面每個斷面2個采集設(shè)備32振弦采集儀8視頻設(shè)備視頻攝像機(jī)4攝像機(jī)云臺4云臺解碼器4視頻光端機(jī)2五隧道監(jiān)控系統(tǒng)組織及研究5.1監(jiān)控系統(tǒng)建立的必要性隧道病害的發(fā)展是有一個過程的 ，如果能在隧道病害惡化之前發(fā)現(xiàn) ，并及時采取整治措施，則可大大提隧道施工的安全性。因此，進(jìn)行隧道的檢測評估是非常必要的。但傳統(tǒng)的檢測評估一般都是依靠經(jīng)驗(yàn)，采取定性化的方 ，隨著技術(shù)的進(jìn)步，僅僅采用定性化指標(biāo)對隧道病害狀況進(jìn)行描述分析顯然已不能滿足目前的要求。因?yàn)槎ㄐ曰闹笜?biāo)在實(shí)際的操作過程中很容易受人為因素的影響 ，比如對于某座病害隧道的判別 ，不同的工程技術(shù)人員可能會根據(jù)各自的經(jīng)驗(yàn)得出差別較大的判別結(jié)果 ，這對于隧道施

28、工會造成很大影響。因此，采用一些儀器設(shè)備對病害隧道及新隧道的狀況進(jìn)行科學(xué)的檢測評估，得出定量化指標(biāo)來評價隧道病害的實(shí)際狀況是非常必要的，目前主要是通過人工的地質(zhì)雷達(dá)、超聲波無損檢測法和建立科學(xué)的監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。針對目前隧道病害的怎加、維護(hù)費(fèi)用的增多，大隧道、特大隧道的開工建設(shè)及社會對隧道安全的要求日益高漲。所以對隧道的健康監(jiān)控系統(tǒng)的建立日顯突出。主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)施工期隧道病害狀況嚴(yán)重，失格率達(dá)到了60%以上 ，如不能及時采取相應(yīng)的措施 ，將對整個隧道造成極大的影響 ； (2)用監(jiān)測的方法對隧道狀況進(jìn)行全面檢測，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，得出隧道狀況的評估報告 ，可以科學(xué)地探明隧道的實(shí)際

29、狀況 ； (3)根據(jù)檢測結(jié)果得出的評估報告，為隧道日常的維修保養(yǎng)及必要的整治工程提供了系統(tǒng)完整的依據(jù) ； (4)應(yīng)逐步形成從日常維護(hù)、病害發(fā)現(xiàn)、病害檢測到病害整治的一整套技術(shù)體系 ，從而使現(xiàn)有隧道的施工管理技術(shù)提高到一個新的水平 ； (5)正確把握隧道病害的實(shí)際狀況并采取相應(yīng)的檢測評估手段以獲得必要的信息 ，這為進(jìn)一步建立隧道病害整治專家系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ) 。5.2監(jiān)控組織設(shè)計(jì)成立隧道施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組和施工監(jiān)控工作小組。施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組，由建設(shè)單位、設(shè)計(jì)部門、監(jiān)理單位和施工單位以及施工監(jiān)測單位組成，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)并組織落實(shí)現(xiàn)場施工監(jiān)控的實(shí)施，負(fù)責(zé)施工控制與調(diào)整決策。施工監(jiān)控工作小組，由施工監(jiān)測單位、施工

30、部門和設(shè)計(jì)部門共同組成，在施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組領(lǐng)導(dǎo)下開展具體監(jiān)控工作，設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)控制預(yù)測分析和優(yōu)化調(diào)整決策。施工監(jiān)測方和施工部門負(fù)責(zé)施工過程中地質(zhì)超前預(yù)報、結(jié)構(gòu)位移、線形、應(yīng)力、溫度等的實(shí)時跟蹤監(jiān)測。實(shí)施時采用項(xiàng)目管理制度，對本項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行管理，由資深工程師任項(xiàng)目經(jīng)理及技術(shù)負(fù)責(zé)人，重大問題則由高級工程師或公司總工程師協(xié)助處理。5.2.1 信息反饋（1）日報表反饋方式監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)整理后當(dāng)日以“日報表”的形式上報委托方；當(dāng)實(shí)測數(shù)據(jù)達(dá)到(或超過)“報警值”時，即刻向委托方口頭報警，以便及時采取相應(yīng)措施確保施工和周圍環(huán)境的安全，項(xiàng)目部則以最快方式提交“日報表”，在日報表上對超限數(shù)據(jù)會以明顯的示警標(biāo)記提示

31、。（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)的上網(wǎng)反饋方式根據(jù)建設(shè)公司的要求，每日的監(jiān)測數(shù)據(jù)在指定時間內(nèi)用交給業(yè)主、施工單位等相關(guān)部門，達(dá)到數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。（3）異常狀況即使匯報當(dāng)監(jiān)測中出現(xiàn)異常狀況后，在監(jiān)控中心以聲音以及警示燈（屏幕警示）方式進(jìn)行報警，并通過短信方式將信息及時轉(zhuǎn)達(dá)給相關(guān)管理人員。5.2.2 質(zhì)量控制（1）本工程施工監(jiān)測實(shí)行項(xiàng)目負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)制，24小時現(xiàn)場安排人員駐守，在施工期間負(fù)責(zé)文明施工和安全施工；（2）在進(jìn)行測讀監(jiān)測數(shù)據(jù)之前，對各種儀器進(jìn)行全面檢查和標(biāo)定，保證儀器的正常工作，消除不應(yīng)有的誤差；（3）崗位責(zé)任到人，定人定儀器進(jìn)行測量，減少人為誤差；（4）測讀取得的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行檢查和審核，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

32、；（5）公司質(zhì)檢部門將隨時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查。項(xiàng)目現(xiàn)場監(jiān)測自動化信息處理監(jiān)測數(shù)據(jù)管線單位（施工）公司總工程師、監(jiān)理工程師業(yè)主重大問題處理意見建設(shè)單位現(xiàn)場監(jiān)理項(xiàng)經(jīng)部設(shè)計(jì)單位（上網(wǎng)） （報表）5-1組織管理圖5. 3養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)分析隧道結(jié)構(gòu)的健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)必須與養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)相結(jié)合才能高效地發(fā)揮作用。健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)注的應(yīng)該是關(guān)鍵位置的重要參數(shù)，或者是人工監(jiān)測難以實(shí)現(xiàn)的部位。根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范JTJ 07396的相關(guān)規(guī)定，作為隧道檢測的基本要求，以下評價指標(biāo)是非常重要的：1、隧道兩端口坡體的變化變化； 2、隧道拱角變形、拱圈裂縫的觀測。3、隧道內(nèi)路面的檢查。另外隧道在

33、下列情況下應(yīng)作特殊檢查：隧道遭受滑坡、地震、風(fēng)災(zāi)和超重車輛自行通過之后，實(shí)施應(yīng)急檢查。在隧道健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)針對養(yǎng)護(hù)管理規(guī)范中的重點(diǎn)規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測，另外補(bǔ)充一些其它重要的項(xiàng)目，只有這樣才能很好地服務(wù)于運(yùn)營期的養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。上面分析了養(yǎng)護(hù)管理對隧道監(jiān)測參數(shù)的要求，另外對于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位以及難以通過自動檢查得出結(jié)果的部位必須進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測，例如隧道襯砌屬于非常重要的部位，而且一般難以進(jìn)行監(jiān)測，在健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)中必須得到反映。就目前來說養(yǎng)護(hù)管理體系主要體現(xiàn)在對隧道病害的人工檢測，一般采用地質(zhì)雷達(dá)檢測法：下面是地質(zhì)雷達(dá)檢測法檢測的一般內(nèi)容：(1)隧道襯砌厚度，可設(shè)不同的測線 ，從而分別測

34、出拱頂、拱腰、拱腳及邊墻位置的襯砌厚度 ，必要時也可測出道床仰拱的厚度 ，同時還可沿隧道的橫斷面進(jìn)行厚度探測 。(2)隧道周圍 23 m 范圍根據(jù)需要可進(jìn)行調(diào)整圍巖狀況 、鋼筋及鋼拱架、格柵鋼架等分布，并可準(zhǔn)確定位 。(3)隧道襯砌或圍巖中排水盲溝的分布及堵塞或暢通情況 、高寒地區(qū)的凍融情況。(4)隧道圍巖或襯砌中的裂隙水分布及賦水情況、初襯與二次襯砌之間的密實(shí)狀況以及襯砌間空洞的展布情況 ；在巖溶地區(qū)還可測出溶洞的位置和范圍。(5) 隧道圍巖超挖部分的位置、分布和回填情況，超挖空間回填的性質(zhì)及空間的展布情況；隧道欠挖情況可通過襯砌厚度反算得出。(6) 襯砌中的裂隙分布，尤其是襯砌深部不易為肉

35、眼看出的裂隙分布和發(fā)展趨勢；配合強(qiáng)度檢測可對襯砌狀況作出全面的評價 。兩金隧道是新溆高速公路中非常重要的隧道，而且工作環(huán)境較為復(fù)雜，車流量很大，因此發(fā)生損傷的潛在因素也比較多。在此分析此類橋型易發(fā)事故的情況，以便隧道健康與安全監(jiān)測中有針對性地進(jìn)行分析。關(guān)于混凝土隧道結(jié)構(gòu)的耐久性，近年來已逐漸引起各國的高度重視，自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外都發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土隧道及結(jié)構(gòu)發(fā)生不少損傷的情況，有的還相當(dāng)嚴(yán)重，影響隧道結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至危及安全。其原因是多方面的，除與施工質(zhì)量、環(huán)境因素等條件有關(guān)外，錨桿的應(yīng)力損失和環(huán)境腐蝕，特別是后張發(fā)混凝土中的壓漿質(zhì)量難以保證而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響有關(guān)。1

36、988年挪威士發(fā)生了一起后張灌漿預(yù)應(yīng)力隧道破壞的事故，為此，挪威運(yùn)輸部1992年9月發(fā)布新建隧道不再使用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的決定。由于兩金隧道由于地質(zhì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)長度長，而且工作環(huán)境復(fù)雜，交通運(yùn)輸量很大，而預(yù)應(yīng)力筋的狀況對預(yù)應(yīng)力錨桿隧道的承載能力來說有著決定性的意義，因此必須加強(qiáng)錨桿狀態(tài)的監(jiān)測。對于不同的隧道形式，在不同的環(huán)境中運(yùn)營，易發(fā)生的事故不一樣，監(jiān)測的重點(diǎn)也不同。因此必須對兩金隧道進(jìn)行有針對性的監(jiān)測才能最大限度地避免意外事故的發(fā)生。六兩金隧道監(jiān)控及評定系統(tǒng)框架6. 1隧道監(jiān)測系統(tǒng)特點(diǎn)健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個涉及面廣、采集項(xiàng)目繁多、設(shè)備種類差異較大的現(xiàn)狀，多種設(shè)備在一個系統(tǒng)中同時運(yùn)行，通過

37、合理布置，統(tǒng)籌管理，使該系統(tǒng)健康、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)時間一致性問題多種設(shè)備同時運(yùn)行，不同的設(shè)備間存在一些時間一致性的問題（或相位一致性），如果不解決這個問題可能會導(dǎo)致評估出現(xiàn)誤差甚至錯誤。如在某處山體滑坡作用下，隧道發(fā)生了劇烈的響應(yīng)，此時必須分析同一狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的幾何變形、應(yīng)變值狀況，甚至要分析振動的情況，只有同時分析它們的狀況才能對橋梁的情況有一個清晰的了解。同時也必須考慮此響應(yīng)是在何種荷載產(chǎn)生的，對應(yīng)的荷載狀況如何。通過硬件調(diào)試可以保證將各類不同信號的時間對應(yīng)起來，也就是要解決系統(tǒng)時間一致性的問題。兩金隧道健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)的信號采集擬通過各采集模塊與系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一對時，讀取同一服務(wù)器上的時間，

38、然后與本機(jī)器的時間進(jìn)行對照，這樣就可以免除時間不一致而帶來的數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一處理的問題。監(jiān)控系統(tǒng)自我診斷研究本系統(tǒng)框架研究的一個重要的課題就是解決健康與評定監(jiān)控系統(tǒng)自身的自我診斷的問題，由于系統(tǒng)大多使用電子設(shè)備，在惡劣環(huán)境中損壞的可能性很大，導(dǎo)致發(fā)生隧道還未出現(xiàn)損傷而監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)不能使用的情況，這給健康與安全監(jiān)測及狀況評估造成了很大的識別困難。因此兩金隧道監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)以下幾方面的因素進(jìn)行測點(diǎn)設(shè)計(jì)，充分考慮監(jiān)測系統(tǒng)的可維護(hù)性。測試儀器的壽命；測試項(xiàng)目的損傷周期；測試元器件的安裝方法，是否需要預(yù)埋。只有將監(jiān)測系統(tǒng)中故障傳感器剔除了，保證采集到正確的信號，才能客觀正確地評價橋梁安全狀況。另外也應(yīng)該研

39、制穩(wěn)定性好、壽命長，并且適用于隧道特性的傳感器。隧道檢測中，檢測前均可對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，來驗(yàn)證其有效性，而監(jiān)測中，由于傳感器必須長時間固定在測點(diǎn)上，因此不可避免的會碰上這類問題。對具有相關(guān)性的傳感器進(jìn)行多組相關(guān)性分析，利用傳感器的冗余信息對監(jiān)測系統(tǒng)自身進(jìn)行自診斷；必要時可以采取放置對比傳感器的方法進(jìn)行診斷；對于部分撓度或振動傳感器，由于操作方便，也可將傳感器取下進(jìn)行標(biāo)定?？衫枚喾N方法保證監(jiān)測系統(tǒng)的自身健康。在線監(jiān)測與定期監(jiān)測相結(jié)合通過自動的在線監(jiān)測與定期監(jiān)測，以達(dá)到多種條件下的使用，實(shí)現(xiàn)半自動和自動結(jié)合的備選操作方案，這樣才能較為全面地了解隧道的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。例如目前沒有好的辦法對隧道的周圍山體

40、穩(wěn)定性進(jìn)行自動監(jiān)測，此時就必須通過人工進(jìn)行定期監(jiān)測。另外由于完全采取全自動化的在線監(jiān)測會使健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)的造價急劇增加，因此可以對重要的、容易出現(xiàn)事故的部位進(jìn)行嚴(yán)密的在線監(jiān)測，而對其它相對次要的部位采取定期檢測的方法。兩金隧道監(jiān)控系統(tǒng)就可以對隧道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，而對其它的部位可實(shí)行定期檢測的方式。6. 2系統(tǒng)布控優(yōu)化結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測及評估系統(tǒng)的基本監(jiān)測功能是通過傳感器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，合理布置傳感器是保證結(jié)構(gòu)監(jiān)測質(zhì)量的前提。監(jiān)控系統(tǒng)使用傳感器越多，兩冊信息越豐富。但是由于傳感器、二次儀表及存儲介質(zhì)等的費(fèi)用，一般只能使用有限個傳感器。只有有效合理使用有效個傳感以達(dá)到近可能多的信息，從狀態(tài)評估出需要出發(fā)

41、，以有效和經(jīng)濟(jì)為主使測點(diǎn)能夠發(fā)揮最大效應(yīng)的原則布置傳感器位置。同時可以充分利用技術(shù)的優(yōu)勢，使測試手段不斷豐富，并減少人為的誤差，同時通過少數(shù)的人工測試方法來對自動采集系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)。通過定期檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以保證監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確地運(yùn)行。結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)包括多參數(shù)的監(jiān)測及研究，其中包括工作環(huán)境的監(jiān)測、結(jié)構(gòu)整體性能的監(jiān)測、振動水平的監(jiān)測、結(jié)構(gòu)應(yīng)變的監(jiān)測。只有按照科學(xué)及現(xiàn)有成熟的檢驗(yàn)才能是系統(tǒng)已最優(yōu)的方式運(yùn)行。6. 3數(shù)據(jù)采樣原則目前絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)所遵循的采集制度是實(shí)時采集，這樣得到的數(shù)據(jù)量最大化，信息量也最多，可是隨之而來的問題是數(shù)據(jù)量太多了，以至于沒有足夠的人力資源

42、進(jìn)行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復(fù)的冗余信息。這種情況使得重要的信息不突出，導(dǎo)致其湮沒于眾多巨大的信息中，造成了主次不分明的問題，很容易使重要的信息被遺漏，給結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)控預(yù)警帶來極大的麻煩。針對的具體情況，首先從數(shù)據(jù)量的角度研究分析不同采集制度的結(jié)果。數(shù)據(jù)格式假定為一般文本格式，即每個數(shù)據(jù)占據(jù)2字節(jié)的空間，不考慮數(shù)據(jù)壓縮及其它格式帶來的數(shù)據(jù)量變化。采樣頻率如下所示：健康與安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)建成的第一年，為了獲得對比數(shù)據(jù)，可按如下原則進(jìn)行采集：正常情況下監(jiān)測每天溫度最高時間段和溫度最低時間段：暫定下午13:3014:30以及臨晨3:00-5:00（具體時間參照當(dāng)?shù)貧庀蟛块T實(shí)際測試數(shù)據(jù)）。

43、其余時間段采集原則：溫度超過一定限制的情況下進(jìn)行測試；測試的內(nèi)容為對溫度較為敏感的參數(shù)，如隧道重要截面的應(yīng)力、應(yīng)變等。在大雨、暴雨及其它惡劣天氣下進(jìn)行測試；測試對環(huán)境較為敏感的參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)值及驗(yàn)收試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)對各類參數(shù)設(shè)置采集閥值，當(dāng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)大小超過該閥值時開始采集數(shù)據(jù)。具體的溫度限制、惡劣天氣范圍可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T實(shí)測數(shù)據(jù)根據(jù)一定的超越概率確定，目前初定為超越概率80%情況下進(jìn)行測試。通過制定一定的采集制度，數(shù)據(jù)量可以降至原采集方式的10左右，這樣可以大量地降低無用信息的冗余。在第一年的數(shù)據(jù)采集之后，原始數(shù)據(jù)已經(jīng)比較完善，即有了原始健康檔案，以后可以進(jìn)行定量和定時的實(shí)時監(jiān)測，即在指定時間或

44、當(dāng)信號超過一定閥值時才開始采集。這樣即保證了對任何時刻橋梁的狀況有一定的了解，也可得到特殊情況下的信息。按照這樣的采集制度第二年以后的采集數(shù)據(jù)量可以更少，不過得到的數(shù)據(jù)是非常重要的，并且其中包括的信息量也是非常豐富的。6. 4數(shù)據(jù)采集與傳輸原則6.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選型數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的主要功能是對各個傳感器信號進(jìn)行采集、傳輸和保存，供數(shù)據(jù)臨時處理、數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控站及數(shù)據(jù)評估使用。本系統(tǒng)遵循以下原則布設(shè):1) 從傳感器到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備，都采用公司提供的優(yōu)質(zhì)器件，考慮到設(shè)備的通用性和延續(xù)性，便于維修和更換。2) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全可靠、簡便通用、便于使用者維護(hù)管理。3) 系統(tǒng)可作

45、為一個長期使用的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的壽命越長越好，器件具有發(fā)展方向，易于更新升級。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及安全評價系統(tǒng)采用各種不同傳感器，而不同的傳感器有不同的的通信接口及協(xié)議。在組網(wǎng)中本系統(tǒng)采用TCP/IP技術(shù)和LONWORKS技術(shù)是完全公開的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠組建理想的網(wǎng)絡(luò)模式。下圖為組網(wǎng)的一個比較成功的模式：圖6-1 系統(tǒng)框架圖上圖是基于TCP/IP技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞桨?，在結(jié)構(gòu)上有以下幾個特點(diǎn)：1. 各種傳感器輸出的信號，首先 含防雷采集設(shè)備的接線箱。2. 對于模擬信號，接入信號調(diào)理器，經(jīng)過濾波放大后，再接入人工交控機(jī)（外站）的采集器或以無線傳輸?shù)姆绞浇尤耄?jì)算軟件完成數(shù)據(jù)采

46、集；如果是數(shù)字信號，直接進(jìn)入外站采集器，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集。3. 有些傳感器輸出的信號，通過RS232（或RS485），直接接入外站的串口上，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集。4. 組網(wǎng)的主干線采用高效傳輸線，采用星新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)有傳輸接收設(shè)備，、交換機(jī)、集線器、網(wǎng)卡等硬件組成。任何一個工作站的線路出問題都不會影響其他工作站的數(shù)據(jù)傳輸。5. 位于永久工程沿線的合適位置上的外站采集到的數(shù)據(jù)，送到監(jiān)控中心室的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并同時儲存在本地硬盤備份。6.4.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的關(guān)鍵是保證數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠及耐久性。主要技術(shù)要求：1. 系統(tǒng)既能無人值守下連續(xù)采集，又可在報警

47、狀態(tài)下（如大暴雨等）進(jìn)行采樣和人工干預(yù)采樣。2. 系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)采集操作在同一時間下工作，不同外站以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的時間差異小于s級。3. 系統(tǒng)中任何模擬信號通道，系統(tǒng)保證不同采樣頻率得到的數(shù)字序列，其時標(biāo)的同步優(yōu)于2s；不同外站上同頻采樣得到的數(shù)字序列的采樣同步優(yōu)于1 s；單臺多通道數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采樣保持環(huán)節(jié)保證各通道之間不同步性小于0.01s，孔徑時間內(nèi)信號最大衰減小于1/1000。4. 所有模擬信號數(shù)據(jù)采集通道有抗混濾波措施。5. 數(shù)據(jù)采集軟件具有數(shù)據(jù)采集和緩存管理功能，并對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)運(yùn)算和頻域分析；在線統(tǒng)計(jì)和頻域分析不影響和間斷數(shù)據(jù)采集、傳輸以及接受控制等工作不降低這些工

48、作的新能指標(biāo)。6. 數(shù)據(jù)可供遠(yuǎn)程傳輸和共享，采樣參數(shù)可遠(yuǎn)程在線設(shè)置和調(diào)整，允許遠(yuǎn)程授權(quán)用戶獲取實(shí)時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速度只受到公共網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的限制。7. 系統(tǒng)具有實(shí)時自診斷功能；系統(tǒng)能自動將故障信息上傳至數(shù)據(jù)管理與控制服務(wù)器上，并以足夠醒目或引起操作人員注意的方式顯示、報警。8. 當(dāng)系統(tǒng)的一個或多個部分暫時斷電時，系統(tǒng)的各個部分無需人為干涉即可自動重新啟動，同步校時和繼續(xù)運(yùn)行，并保存斷電信息。局部停止工作，其他設(shè)備保持其不受影響。6.4.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集設(shè)備放置在特制的機(jī)箱內(nèi)，采集儀實(shí)現(xiàn)多通道同步采集，每個傳感器與采集儀之間的連接采用RS485傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，中間距離過

49、遠(yuǎn)采用中繼器加強(qiáng)信號；待采集設(shè)備通過軟件分析后有無線模塊發(fā)送至外站。每個子系統(tǒng)都有一套獨(dú)立采集、分析、傳輸?shù)恼自O(shè)備，個子系統(tǒng)間的設(shè)備不互相影響。本公司采集設(shè)備具有以下幾個方面的優(yōu)勢：1. 所有主要的選項(xiàng)、選件和設(shè)置采用模塊化，程控劃設(shè)計(jì)，模塊替換、選項(xiàng)變更和參數(shù)重新設(shè)定后能保證通道性能穩(wěn)定，響應(yīng)時間不影響數(shù)據(jù)采集。2. 信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，便于對輸出信號進(jìn)行檢測和自診斷。3. 信號調(diào)理模塊根據(jù)各類傳感器的需要為其提供穩(wěn)定的，精確的和低噪聲的電源。4. 信號調(diào)理模塊能適應(yīng)所有可能的信號強(qiáng)度，并能在數(shù)據(jù)采集單元控制下對每個通道進(jìn)行自動量程設(shè)置或切換。5. 程控濾波能在數(shù)據(jù)采集單元控制下實(shí)現(xiàn)

50、自適應(yīng)抗混濾波或抗噪濾波的功能。無線傳輸作為子系統(tǒng)組網(wǎng)的最佳網(wǎng)絡(luò)方式，本公司的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸其特點(diǎn)有：1） 實(shí)時在線：“實(shí)時在線”，即用戶隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。2） 按量計(jì)費(fèi)：用戶可以一直在線，按照用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時，用戶即使掛在網(wǎng)上，也是不收費(fèi)的。 3） 快捷登錄：GPRS的用戶一開機(jī)，就始終附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，每次使用時只需一個激活的過程，一般只需要1-3秒的時間馬上就能登錄至互聯(lián)網(wǎng)。 4） 高速傳輸：GPRS采用分組交換的技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高理論值能達(dá)171.2kb/s。只要能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，即可取得測試得到的數(shù)據(jù)；安全可靠，SQLserver數(shù)據(jù)庫

51、是大型的數(shù)據(jù)庫，它的安全性高用它來做監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引擎可以保證數(shù)據(jù)的安全；系統(tǒng)對用戶實(shí)現(xiàn)管理功能，通過檢查使用者的名字和密碼，使用者才能進(jìn)入。通過數(shù)據(jù)流方式傳輸，資費(fèi)與短信相比較為便宜。GPRS DTU采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。DTU在應(yīng)用之前首先要進(jìn)行設(shè)置，通過軟件設(shè)置好數(shù)據(jù)中心的IP和端口及其它參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置好之后串口和采集器串口對接， DTU上電之后根據(jù)事先設(shè)置好的中心IP和端口進(jìn)行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向透明傳輸數(shù)

52、據(jù)。用戶可以通過任何能聯(lián)網(wǎng)的電腦，登錄服務(wù)器輸入自己的用戶名密碼及時查看自己監(jiān)測的信息。系統(tǒng)提供的圖標(biāo)顯示更直觀的顯示了被監(jiān)測的數(shù)據(jù)。下圖為系統(tǒng)無線集聯(lián)及傳輸方式圖：系列傳感器系列采集模塊無線傳輸模塊數(shù)據(jù)無線傳輸中心服務(wù)器/PC機(jī)SMS預(yù)警圖6-2單個無線傳輸系統(tǒng)子傳輸圖視頻信號采用先進(jìn)的3G無線傳輸技術(shù)。3G無線視頻服務(wù)器設(shè)備采用先進(jìn)的H.264視頻壓縮算法、流媒體視頻處理技術(shù)，整合了3G無線數(shù)據(jù)通訊功能。把4路攝像機(jī)采集到的圖像、現(xiàn)場語音、壓縮編碼，通過3G智能無線通訊模塊，把實(shí)時動態(tài)圖像、語音最近的中國電信3G無線網(wǎng)絡(luò)，用戶可方便地通過Internet訪問中心管理服務(wù)器，通過計(jì)算機(jī)、PD

53、A和監(jiān)控指揮中心監(jiān)控實(shí)時圖像。同時，在本機(jī)進(jìn)行錄像。在總體上實(shí)現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的編解碼、加解密、交互、發(fā)送/接收和遠(yuǎn)程控制等功能。3G傳輸所產(chǎn)生的流量申請將由業(yè)主支付。6.4.4數(shù)據(jù)采集軟件控制與集成信號通過多通道采集后經(jīng)內(nèi)置的軟件分析和控制，其安裝要求如下：操作系統(tǒng)： Windows XP/2000/2003/Vista 外設(shè)接口：系統(tǒng)支持RS232或者USB 2.0接口，因采集設(shè)備為總線RS485模式，在接入計(jì)算機(jī)時，需進(jìn)行RS232-RS485或者USB-RS485轉(zhuǎn)換.本公司提供各類轉(zhuǎn)換器。6-4采集軟件界面圖6-5新版多通道采集軟件界面圖七綜合管理軟件7. 1軟件介紹綜合管理軟件是綜合

54、模擬導(dǎo)航、采集、傳輸、數(shù)據(jù)分析、顯示、報表、預(yù)警、評估等各項(xiàng)功能與一體的集成系統(tǒng)。根據(jù)行業(yè)實(shí)際特點(diǎn)而研發(fā)的針對性的綜合管理軟件。綜合管理軟件能夠提供良好的人機(jī)交互界面，便于使用者操作，主要功能如下：1、 能夠全景導(dǎo)航隧道檢測設(shè)備分布結(jié)構(gòu)。綜合管理軟件能夠通過在網(wǎng)頁中嵌入三維圖像，形象的反應(yīng)設(shè)備的分布和監(jiān)測狀態(tài)，方便用戶操作。2、 能夠進(jìn)行監(jiān)測分析。主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各類處理，包括：對溫度、濕度、應(yīng)變、土壓力等進(jìn)行報表、圖形等分析?？娠@示實(shí)時的數(shù)據(jù)，也可提取一段時間歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，或?qū)追N參數(shù)同時進(jìn)行顯示分析。3、 能夠?qū)Y(jié)構(gòu)安全狀況的預(yù)報警。當(dāng)判斷出結(jié)構(gòu)存在安全隱患時，系統(tǒng)可以通過實(shí)時界面提示、

55、報表、Email、短信等形式進(jìn)行預(yù)報警。5、自動報表功能?？筛鶕?jù)系統(tǒng)自動或者人工分析的結(jié)果，自動生成各種類型報表，并且提供報表下載功能。6、可進(jìn)行設(shè)備的自診斷?？梢詫收显O(shè)備進(jìn)行提示，為設(shè)備維修和更換提供依據(jù)。7、系統(tǒng)管理的安全保障。為保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對不同管理人員提供不同的權(quán)限。對用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，有查看、增加、刪除、賦予權(quán)限等不同操作。 8、數(shù)據(jù)分析功能。主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行各類分析處理，包括：數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析（極值、平均值、有效值、均方值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等）、結(jié)構(gòu)參數(shù)識別（結(jié)構(gòu)固有特性識別等）、結(jié)構(gòu)的安全評估（趨勢分析、原始指紋、養(yǎng)護(hù)管理評定等）等功能。八主要施工工藝和方法8.1 總體工藝流程施工準(zhǔn)備電力系統(tǒng)施工通信系統(tǒng)施工系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)竣工驗(yàn)收儀器設(shè)備安裝軟件開發(fā)圖 8-1總體工藝流程8.2