城市下穿隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1、城市下穿隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究杜新生王印杰戈福軍中建七局安裝工程有限公司摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市下穿隧道越來(lái)越多，安全事故頻頻發(fā) 生并造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響，對(duì)于長(zhǎng)期在役的重要結(jié)構(gòu)， 引起人們對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的重視。如果能夠定期對(duì)其累積損傷的程度 做出正確評(píng)估，就可以充分掌握結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)的安全。本文通過(guò)對(duì) 鄭州航空港區(qū)濱河西路快速化隧道工程進(jìn)行研究，采用了常規(guī)點(diǎn)式監(jiān)測(cè)方法無(wú) 法實(shí)現(xiàn)的高精度、分布式大范圍的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)提供隧道性態(tài)及其變化信 息，降低隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)，提高隧道及其環(huán)境的安全程度，使隧道能夠充分 發(fā)揮工程效益。關(guān)鍵詞：下穿隧

2、道;結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè);土體位移;裂縫監(jiān)測(cè);收稿日期：2017-9-19received： 2017-9-191城市下穿隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)概述濱河西路快速化工程項(xiàng)目位于實(shí)驗(yàn)區(qū)中部，南水北調(diào)中線總干渠從濱河西路東 側(cè)經(jīng)過(guò)，距離200m左右，道路整體呈南北走向，全長(zhǎng)26052m,設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h, 雙向6車道，是鄭州航空港區(qū)的主要干線。該地區(qū)地層主要由第四系全新統(tǒng)流河相及部分河湖相沖積物洪積而構(gòu)成。上部為 黏性土，主要有黃褐色、灰褐色粉土，下部位砂土（含卵礫石），底部為基巖。 黃土以黏粒的強(qiáng)結(jié)合水連結(jié)和鹽分的膠結(jié)連結(jié)，在干燥時(shí)可以承擔(dān)一定荷重而 變形不大，但浸濕后，土粒連結(jié)顯箸減弱，引起土結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)牛濕陷變形

3、。黃土 濕陷性是黃土的一種特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，黃土具有在自重或外部荷重下受水 浸濕后結(jié)構(gòu)迅速發(fā)生突然下沉的性質(zhì)。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)是指利用現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)損傳感與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析（包括結(jié)構(gòu)反應(yīng)），探 測(cè)結(jié)構(gòu)的性態(tài)變化，揭示結(jié)構(gòu)損傷與結(jié)構(gòu)性能劣化。它是集智能傳感元件、數(shù)據(jù) 有線或無(wú)線采集和實(shí)時(shí)處理、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、健康診斷與可靠性預(yù)測(cè)以及遠(yuǎn)程通訊與數(shù)據(jù)管理等硬軟件系統(tǒng)于一體，是工程理論發(fā)展與綜合的象征、高新技術(shù)開(kāi) 發(fā)與集成的標(biāo)志，同吋也是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的集中體現(xiàn)。2隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)內(nèi)容本隧道群受結(jié)構(gòu)應(yīng)力、整體沉降、局部沉降、裂縫、土體位移及地下水等影響。 在監(jiān)測(cè)方案中對(duì)隧道主要以下兒個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)：(1) 對(duì)隧道結(jié)構(gòu)

4、部分進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)；(2) 對(duì)隧道結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)；(3) 對(duì)隧道整體和局部進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)；(4) 對(duì)隧道周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)。2.1結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要涉及混凝土應(yīng)力應(yīng)變。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及設(shè)備為表lo混凝土表面應(yīng)變計(jì)安裝在建筑物表面，測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。儀器與待測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的溫 度膨脹系數(shù)相同，與混凝土的溫度膨脹系數(shù)也非常接近，所以很少需要溫度修 正。需要時(shí)，內(nèi)置的溫度傳感器可同時(shí)監(jiān)測(cè)安裝位置的溫度。表1檢測(cè)設(shè)備表下載原表監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)備名稱混凝土應(yīng)力應(yīng)變表面應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)中間部點(diǎn)釆用不銹鋼制造的振弦式應(yīng)變計(jì)，具有很高的精度和靈敏度、卓越的防水性能、 耐腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。由專用的四芯屏蔽電纜傳輸頻率和溫

5、度電阻信號(hào)，頻率 信號(hào)不受電纜長(zhǎng)度的影響。適合在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)建筑物的應(yīng)變變化。2. 2結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的空間收斂、沉降縫變化、傾斜、沉降、位移。 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及設(shè)備表2。監(jiān)測(cè)項(xiàng)冃1設(shè)備名稱11主體沉降壓差式變形測(cè)量計(jì)沿重要區(qū)域段5s間捱測(cè)縫儀振弦式表面裂縫計(jì)對(duì)預(yù)留伸縮縫和少壓差式變形測(cè)量傳感器是基丁連通管原理測(cè)量沉降的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi) 最新的數(shù)字處理技術(shù)研發(fā)的新一代智能數(shù)字接口產(chǎn)品，具有高精度、高可靠性、 使用和安裝方便等特點(diǎn)。壓差式變形測(cè)量傳感器采用低功耗、寬電壓設(shè)計(jì)。在不進(jìn)行數(shù)字通訊的情況下， 功耗不大于20mao電壓范圍是直流1024vdc。壓差式變

6、形測(cè)量傳感器的通信采用rs485通信協(xié)議，半雙工工作方式，最高通 訊速率57600bpso采用簡(jiǎn)單的ascii碼命令格式，方便使用。最高采樣速度10 次/s。該傳感器可以通過(guò)rs485總線組成雙絞線網(wǎng)絡(luò)，特別適用于計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)屮。表面裂縫計(jì)用于測(cè)量表面縫的開(kāi)合度，例如:建筑、橋梁、管道、大壩等混凝土 的施工縫，配用不同的附件，也可測(cè)量土體的張拉縫與巖石和混凝土的裂縫。儀 器常用于表面式安裝。儀器包括一個(gè)振弦式感應(yīng)元件，該元件與一個(gè)經(jīng)熱處理并消除應(yīng)力的彈簧相連， 彈簧兩端分別與鋼弦、傳遞桿相連。儀器完全密封并可在高達(dá)impb （特殊要求 可定制）的壓力下操作。當(dāng)連接桿從儀器主體拉出，彈簧被拉

7、長(zhǎng)導(dǎo)致張力增大并 由振弦感應(yīng)元件測(cè)量。鋼弦上的張力直接與拉仲成比例，因此，接縫的開(kāi)合度通 過(guò)振弦讀數(shù)儀測(cè)出的讀數(shù)變化而精確地計(jì)算。2. 3環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)主要包括溫度、氣壓、地下水壓力、雨量統(tǒng)計(jì)等，主要設(shè)備如下：溫濕度傳感器，測(cè)量隧道內(nèi)溫度和濕度，安裝在隧道墻壁，主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)以每條 短隧道保證一個(gè)溫濕度傳感器。3隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行3. 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)分為采集/傳輸/處理/應(yīng)用部分，傳感層對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)，采集模塊將傳感層發(fā)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，傳輸層將數(shù)據(jù)發(fā)送 至處理層及服務(wù)器（云端），云端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，最終將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù) 警信息發(fā)送自客戶端（pc、ipa

8、dx手機(jī)等終端）。3. 2數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)備主要包括:各類監(jiān)測(cè)傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及通信、數(shù)據(jù) 分析平臺(tái)及軟件等，其采集系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示。一般根據(jù)隧道的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在隧道的相應(yīng)地方設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后將傳感器安裝 在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上面，將現(xiàn)場(chǎng)所有安裝的傳感器連接到外場(chǎng)監(jiān)測(cè)站，在外場(chǎng)監(jiān)測(cè)站安 裝一個(gè)采集儀防護(hù)箱，所有的傳感器連接電纜全部引進(jìn)采集儀防護(hù)箱連接采集 儀，系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制，通過(guò)采集儀采集傳感器數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)在線數(shù)據(jù)傳 輸?shù)姆绞綄鞲衅鲾?shù)據(jù)直接傳輸?shù)娇刂浦行?，保證了數(shù)據(jù)的可靠性，并可以實(shí) 時(shí)對(duì)采集點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證、連接、管理和控制。圖1數(shù)據(jù)采集、信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖下載原圖3.3據(jù)的傳

9、輸結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的傳輸則可利用成熟的2g/3g/4g網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)靈活地控制設(shè)備的采集制度, 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。有線部分為:傳感器采用專用線纜連接采集器，采集器可以用rs-485串口或光 纖連接共用無(wú)線傳輸模塊，進(jìn)行實(shí)吋在線傳輸。數(shù)據(jù)上傳:數(shù)據(jù)匯總并通過(guò)運(yùn)營(yíng)商2/3/4g無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送至云平臺(tái)。在zigbee末 端采用dtu無(wú)線實(shí)時(shí)在線傳輸模塊，dtu采用高性能工業(yè)級(jí)嵌入式處理器，以實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識(shí)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)終端實(shí)時(shí)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng) 絡(luò)。把dtu設(shè)備鏈接采集儀上，此吋數(shù)據(jù)庫(kù)或采集儀里面采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)dtu里面 移動(dòng)手機(jī)卡gprs功能把數(shù)據(jù)傳送到internet網(wǎng)絡(luò)上。從而用戶可以通過(guò)登錄網(wǎng) 站查看自己測(cè)得的信息數(shù)據(jù)。在應(yīng)用之前先進(jìn)行設(shè)置數(shù)據(jù)中心的1p和端口及其 它參數(shù)，之后串口和采集器串口對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)雙向透明傳輸數(shù)據(jù)。4城市下穿隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的目的及意義鄭州濱河西路快速路短隧的建設(shè)采取積極、主動(dòng)的防御監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)鄭州航空港 經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)