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文檔簡(jiǎn)介
1、G98海南環(huán)島高速公路青嶺隧道使用“法赫交通云”長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)裂縫近日,上海法赫開發(fā)了一款新型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“交通云”。當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂或修補(bǔ)后需對(duì)裂縫進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí),傳統(tǒng)的人工觀測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而現(xiàn)有的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建復(fù)雜且成本高昂。“法赫交通云”運(yùn)用移動(dòng)物聯(lián)技術(shù),為裂縫監(jiān)測(cè)提供了一套精簡(jiǎn)的解決方案。一、“法赫交通云”之海南青嶺隧道項(xiàng)目概述: G98海南環(huán)島高速公路青嶺隧道經(jīng)定期檢查,隧道出現(xiàn)的主要病害是襯砌裂縫。襯砌混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜,往往是多種不利因素綜合作用的結(jié)果。隧道襯砌混凝土裂縫類型主要
2、有:干縮裂縫、溫度裂縫、變形裂縫、施工縫處理不當(dāng)引起的接茬縫等。 襯砌裂縫產(chǎn)生的原因可能有施工原因、地質(zhì)原因兩方面。(“法赫交通云”之監(jiān)測(cè)裂縫變化及趨勢(shì)) 施工原因?yàn)椋?)施工時(shí)隧道襯砌澆筑施工后,隧道局部濕度差異的影響以及施工時(shí)混凝土振搗的不充分,使襯砌混凝土的收縮不均勻,產(chǎn)生混凝土的干縮裂縫;2)襯砌背后存在的不密實(shí)或空洞域,也可能引起襯砌
3、受力不均,產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而導(dǎo)致襯砌開裂。 地質(zhì)原因?yàn)椋?)周邊圍巖強(qiáng)度差異,小范圍內(nèi)地質(zhì)情況變化快引起的不均勻沉降,導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)變形裂縫;2)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)變化,由于巖石的相互擠壓,使隧道襯砌局部剪切應(yīng)力集中,造成隧道襯砌開裂,多集中在隧道襯砌施工接縫處及拱頂部位。二、結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)目的 隧道在運(yùn)營(yíng)期不可避免地遭到地質(zhì)惡化、環(huán)境荷載、腐蝕、疲勞等因素的影響,如果隧道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏水、襯砌開裂或設(shè)施故障等情
4、況,就會(huì)防礙交通,進(jìn)而使整個(gè)交通線完全處于中斷狀態(tài),給城市道路交通造成惡劣影響。 因此需要建立云監(jiān)測(cè)之隧道運(yùn)營(yíng)期的裂縫監(jiān)測(cè)系統(tǒng),及時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行檢查分析,系統(tǒng)掌握結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況,判定結(jié)構(gòu)物功能狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)早期病害并加以處理,以保障隧道結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)、延長(zhǎng)隧道結(jié)構(gòu)使用壽命。該系統(tǒng)是集結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等高新技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)工程,是一個(gè)功能強(qiáng)大并能真正長(zhǎng)期用于結(jié)構(gòu)損傷和狀態(tài)評(píng)估,滿足隧道養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)營(yíng)的需要,同時(shí)又具經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
5、 建立云監(jiān)測(cè)之隧道運(yùn)營(yíng)期裂縫監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能夠大大提高檢測(cè)效率,實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)裂縫狀態(tài)變化,評(píng)價(jià)隧道的總體技術(shù)狀況和使用功能狀態(tài),以及隧道的安全可靠性。同時(shí)可為隧道的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理提供決策依據(jù),使得既有隧的技術(shù)改造決策更加科學(xué)、改造技術(shù)方案的設(shè)計(jì)更加合理、經(jīng)濟(jì)。三、云監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、設(shè)計(jì)原則 隧道結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期的裂縫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建是一個(gè)集各種先進(jìn)傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及結(jié)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估理論
6、于一體的綜合系統(tǒng)工程。系統(tǒng)充分考慮功能要求和經(jīng)濟(jì)要求兩個(gè)方面,需要依照“合理、有效、經(jīng)濟(jì)”的原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 所謂“合理”,即結(jié)合隧道實(shí)際情況,明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo),科學(xué)選取能反映結(jié)構(gòu)局部或整體變形,以及結(jié)構(gòu)形式變化的部位設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。 所謂“有效”,即應(yīng)當(dāng)針對(duì)隧道具體情況進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),嚴(yán)格把握監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的測(cè)量精度;
7、所謂“經(jīng)濟(jì)”,即在滿足系統(tǒng)使用功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)可以使用的各種監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行成本(效益)分析,從經(jīng)濟(jì)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化選擇,如當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)突然發(fā)生較大量變形和差異變形時(shí),可以增加監(jiān)測(cè)頻率,采取提前預(yù)防措施,防止隧道變形損壞。2、隧道裂縫監(jiān)測(cè)內(nèi)容 監(jiān)測(cè)內(nèi)容是針對(duì)隧道內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的多處裂縫實(shí)現(xiàn)24小時(shí)在線監(jiān)測(cè),并通過(guò)手機(jī)端APP實(shí)時(shí)查看裂縫狀況與報(bào)警狀況。(隧道裂縫計(jì)布置示意圖)3、傳感器模塊 傳感器的選型原則:傳感
8、器及其相關(guān)設(shè)備應(yīng)有良好的線性穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、測(cè)量精確度、放大精確度、過(guò)濾精確度等;選購(gòu)和研制的傳感器要符合所有規(guī)定的性能和功能要求;為了保障傳感器的可維護(hù)性,在保證精度和穩(wěn)定性的前提下盡量選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備或在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較普遍的進(jìn)口設(shè)備。振弦式測(cè)縫計(jì)主要技術(shù)參數(shù): 振弦式表面測(cè)縫計(jì)包括一個(gè)振弦式感應(yīng)元件,該元件與一個(gè)經(jīng)過(guò)熱處理并消除應(yīng)力的彈簧相連,彈簧兩端分別于鋼弦、傳力桿相連。當(dāng)傳力桿從儀器主體拉出,彈簧被拉長(zhǎng)導(dǎo)致張力增大并有振弦感應(yīng)元件測(cè)量。鋼弦上的張力直接與拉伸成正比例,因此裂縫的開合度通過(guò)振弦頻率
9、的變化而精確地計(jì)算。 測(cè)縫計(jì)采用灌漿錨桿方法安裝于襯砌裂縫位置,在裂縫兩端確定位置鉆兩個(gè)深約75mm,直徑12.5mm的鉆孔,用已固定的錨桿安裝測(cè)縫計(jì)。然后用灌漿或環(huán)氧填注鉆孔并將錨桿推進(jìn)至于表面齊平,再用速凝水泥或環(huán)氧樹脂灌漿,最后螺母固定頂絲。(用灌漿錨桿在混凝土表面安裝裂縫計(jì))4、數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊 本系統(tǒng)主要采用無(wú)線GPRS傳輸方式。該方式通過(guò)成熟的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò),通過(guò)靈活的控制設(shè)備的采集指令,
10、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,并具有如下優(yōu)點(diǎn):支持GSM雙頻網(wǎng)絡(luò)和GPRS數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等2.5代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、易于安裝維護(hù)、可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多種方式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線傳輸模塊選用未來(lái)橋的智能云盒,云盒內(nèi)置工業(yè)級(jí)GSM無(wú)線模塊,采用通用標(biāo)準(zhǔn)串口對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試,提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485接口。智能云盒主要技術(shù)參數(shù):5、防雷模塊 防雷電世界標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn),雷電不需直接擊中建筑物,而通過(guò)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,就能對(duì)設(shè)備、儀器施加超過(guò)10kV的電壓,即使一個(gè)“擦邊”也能向電流回路中發(fā)射出5kA的脈沖電流,即“感應(yīng)雷”,它對(duì)電器設(shè)
11、備、電子儀器、數(shù)字設(shè)備和通信設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化儀表均可造成毀滅性破壞。特別是在沿海、高原、山區(qū)和空曠、露天、凸出地帶因雷電造成的損失就更嚴(yán)重。 根據(jù)電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中的規(guī)定,多、強(qiáng)雷區(qū)的企業(yè)單位應(yīng)予以重點(diǎn)的防護(hù)。 感應(yīng)雷的防護(hù)目前,計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備受到雷電感應(yīng)高壓損壞主要途徑有二種,一是輻射性的感應(yīng)雷擊是強(qiáng)雷電磁場(chǎng)通過(guò)輻射或感應(yīng)造成設(shè)備損壞。二是由供電線路、信號(hào)線路和控制線
12、路等由各種線路傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)的感應(yīng)雷電高壓脈沖損壞電子設(shè)備的。因此采取的相應(yīng)措施為: (1)采取電磁屏蔽措施;(鐵管屏蔽線路) (2)安裝浪涌過(guò)電壓保護(hù)器,包括供電系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng);(安裝SPD浪涌保護(hù)器) (3)等電位處理; (4
13、)良好接地系統(tǒng)。6、系統(tǒng)軟件 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)為B/S模式和C/S模式相結(jié)合的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理與存儲(chǔ)軟件均采用C/S模式,充分利用網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器高級(jí)處理能力,處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析等工作;對(duì)用戶開放的界面采用B/S模式,實(shí)現(xiàn)Internet網(wǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,并開發(fā)手機(jī)端APP,能通過(guò)手機(jī)端實(shí)時(shí)查看隧道裂縫狀況。軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)軟件工程開發(fā)流程,對(duì)軟件全生命周期進(jìn)行細(xì)化和管理,并最終實(shí)現(xiàn)SAAS(軟件即服務(wù)),最大程度體現(xiàn)軟件價(jià)值,降低建設(shè)成本、降低維護(hù)成本、實(shí)現(xiàn)低應(yīng)用門檻和低風(fēng)險(xiǎn)投入。系統(tǒng)
14、軟件全生命周期的設(shè)計(jì)開發(fā)流程如下圖所示: 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)主要集中在自動(dòng)化傳感測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、綜合預(yù)警以及APP界面展示。 1)自動(dòng)化傳感測(cè)試 自動(dòng)化傳感測(cè)試中的數(shù)據(jù)采集與傳輸主要完成環(huán)境參數(shù)與隧道靜態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸;可以實(shí)現(xiàn)初步的在線數(shù)據(jù)分析和閾值報(bào)警,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自診斷,給隧道管理人員及時(shí)提供監(jiān)測(cè)系
15、統(tǒng)及其所監(jiān)測(cè)到的隧道現(xiàn)狀。 2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理子系統(tǒng)軟件包括解決海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析軟件以及報(bào)告報(bào)表軟件。采用分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)集成模型,完成對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的多種數(shù)據(jù)融合;通過(guò)服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫(kù)的分組技術(shù),對(duì)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化;針對(duì)數(shù)據(jù)分析與處理的需求,構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型,為用戶提供方便的決策分析。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,為用戶提供多種數(shù)據(jù)特征值的顯示圖形,從各種信息中提取有效的
16、知識(shí),揭示隱藏在歷史數(shù)據(jù)中的事物發(fā)展趨勢(shì)。 3)綜合預(yù)警分析平臺(tái) 閾值報(bào)警的合理設(shè)置能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一定程度上的系統(tǒng)自診斷,為隧道維護(hù)的管理者和決策者提供專家意見(jiàn)及時(shí)處理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的各種錯(cuò)誤。從數(shù)據(jù)安全的角度出發(fā),系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了數(shù)據(jù)出錯(cuò)的原因的復(fù)雜性,有的可能是結(jié)構(gòu)損傷引起的,有的可能是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身引起的。通過(guò)設(shè)置多級(jí)閾值,報(bào)警產(chǎn)生時(shí)觸發(fā)自診斷系統(tǒng),并保存到報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)以備查詢。綜合預(yù)警分析平臺(tái)采用B/S模式
17、,可以遠(yuǎn)程設(shè)置預(yù)警觸發(fā)信息、預(yù)警信息發(fā)送對(duì)象和相關(guān)配置;平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括主動(dòng)發(fā)送短信和郵件通知預(yù)警信息和系統(tǒng)自診斷信息,接受索引代碼,返回指定數(shù)據(jù)的查詢結(jié)果。 4)APP界面展示 用戶界面展示內(nèi)容包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的表格展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、傳感器參數(shù)的設(shè)置以及能查看數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、裂縫的趨勢(shì)分析等功能。并能在裂縫超過(guò)預(yù)警值時(shí)通過(guò)短信報(bào)警、郵件報(bào)警,并可對(duì)預(yù)警值和需要通知的管理人員進(jìn)行設(shè)置。四、“云監(jiān)測(cè)”現(xiàn)場(chǎng)實(shí)
18、施情況系統(tǒng)架構(gòu) “法赫交通云”是土木結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)解決方案家族的新銳,是采用移動(dòng)物聯(lián)及云計(jì)算技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新升級(jí)。云監(jiān)測(cè)將傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的通訊、采集、供電以及防雷等進(jìn)行有機(jī)集成形成一個(gè)整體,前端接入各類監(jiān)測(cè)傳感器,后端傳送各類數(shù)據(jù)至云平臺(tái),云監(jiān)測(cè)的主要特征為:移動(dòng)物聯(lián)、廣泛兼容、即插即用。 云監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)有: 1)廣泛兼容,可接入數(shù)字、模擬、振弦、光
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