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公路隧道监控系统研究方案

1、基于现代无线技术与检测技术，在现有隧道施工常规项目（拱顶下沉、洞周收敛、地表下降、围岩位移与应力等）自动监测、三维激光扫描、爆破振动监测（速度、加速度）以及隧道施工可视化（视频）监控系统的基础上，研究、开发并完善各类传感器（频率类、电压电流类、开关量类、数字类等）的数据采集系统，将隧道施工常规项目监测、三维激光扫描、爆破振动监测以及可视化监控等数据融合在一起，实现隧道施工监测（控）数据多元信息的自动采集、无线传输、数据分析与预警功能。
2、具体内容：集成（1）围岩位移、应力测量；（2）三维激光扫描；（3）爆破振动监测（速度、加速度传感器）；（4）可视化（视频）监控等，实现自动采集、隧道内无线传输（***长2km）、数据分析与预警功能。
3、计划采集器共32通道，其中爆破8通道，其他24通道。

一、隧道施工监测技术要求

（1）施工监测应按照JTJ042-94《公路隧道施工技术规范》进行监测，根据本隧道情况，施工监测必测的项目有：地质与支护状况观察，拱顶下沉、周边位移。选测项目可根据施工实际情况适当增减，其中地表下沉在洞口、浅埋和偏压段应作为必测项目，各项位移量的容许值应在施工中根据实际情况，参照有关规范确定。
（2） 施工中应将围岩监控量测与地质调查作为一道重要工序纳入到整个施工过程中，通过监控量测数据调整支护参数及确定二衬施做时机。
（3）在施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。根据以往经验以《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式。

二、监控系统和监控目的

目前我国进行较多的有隧道工作面地质观察、拱顶下沉、洞周收敛等直观的观测项目。而观测的主要目的是及时获得围岩和支护结构受力与变形的动态信息，分析其变化趋势来评价围岩稳定性和支护系统可靠性。同时将量测数据与反分析技术结合起来，求解岩体初始应力和力学参数，以期更全面、真实地反映围岩性态，并对隧道稳定性进行预测。我国隧道施工监控及围岩参数反分析，大都致力于对围岩各项弹塑性参数及初始应力进行反算。由于洞内及地表位移量测方便，目前对反分析的研究主要集中在位移的反分析上，并对围岩参数及初始应力进行推算，然后正分析预测隧道稳定性及变形。另外，国内对锚杆轴力及钢拱架应力的检测及数据应用较少。实际工程中，锚杆轴力和钢拱架应力能直观的反应围岩的应力状况，并可对围岩的塑性区进行直观判断，这方面的研究对隧道施工有着切实的意义。
施工监控不断的收集地质条件及施工中的信息，并反馈到设计进行指导施工，达到工程建设优化的目的。本次隧道施工监控的内容涵盖了隧道围岩—支护结构体系的各个方面，包括动态和静态条件下，位移、应力、应变、压力等，具体的测量项目有：工作面地质观察、隧道拱顶下沉、洞周收敛、地表下降、围岩内部位移、围岩应力、支护结构压力、锚杆轴力和抗拔力等。
施工监控的目的是结合现代遥测（无线）技术，把三维激光扫描、各种传感器数据采集、施工管理以及可视化（视频）监控融合在一起，实现隧道施工掌子面可视化实时显示与分析、隧道施工监测（控）自动化数据采集与分析，形成隧道施工多元信息自动监测（控）系统，确保复杂围岩地质条件下隧道施工安全。

三、监测的原则

变形测量工作应从施工前开始，直至结构稳定终止。
变形测量中应遵守下列规定：
(1)测量前应对施工现场工程岩土变化和支护工程的状况进行查看对比作简明记录。
(2)分布施工时，每步应有完整连续的观测数据。
(3)雨后、冻融、地震等对变形体产生显著影响时应增加观测频率。
(4)根据变形体的变形趋势，变形体趋于稳定期间可减少观测频率，急剧变动期间应增加观测频率。
(5)对每个单元变形体进行测量时采用相同的观测线路和观测方法，使用同一仪器和设备，并应固定观测人员，监测过程实行五固定。
(6)首次观测时应进行多次测量，取其平均值作为初始值。
(7)在进行监测工作之前一定要对周围的环境作一个详细的调查，必要时可以拍照、录象或请公证处公证，避免一些不必要的麻烦。
(8)地表变形监测应在施工前进行初始观测，并应从距开挖工作面前方Ｈ＋ｈ（Ｈ为隧道埋深，ｈ为隧道高度）处开始，直到衬砌和结构封闭，观测对象稳定后结束。测量频率宜和隧道内变形测量同步。
(9) 施工监控采用***的数据采集、传输和处理系统，实现无人值守，全天候实时监控和和信息处理，并进行预报和预警。

四、监测方法

(1)隧道洞顶和侧壁的沉降与位移监测，隧道底板底鼓量监测和隧道收敛监测采用激光三维断面自动检测仪测量，无线自动传输，计算机软件远程实时分析和自动预报与预警。
(2)钢架内力及所承受的荷载量测，围岩压力量测和锚杆轴力量测采用国际先进的高精度振弦式传感器进行检测测量，无线自动传输，计算机软件远程实时分析和自动预报与预警。
(3)隧道爆破振动检测采用国际先进的高精度速度和加速度传感器进行检测测量，采用激光三维断面自动检测仪实时放样，布置炮孔装药量和实施起爆，无线自动传输，计算机软件远程实时分析和自动预报与预警。
(4)隧道施工现场监控采用远程无线视频监控系统，实时监控掌子面工程进展情况，合理安排工程进度和进行安全管理。