隧道结构安全监测系统开发及软件应用研究

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摘要：随着城市电力隧道工程的不断开展，发达国家已经对于城市的电力隧道规划设计建设标准进行了很好的设计和运营。为了确保高压电缆运行安全，通过对电力隧道内部结构进行安全监测的方式，经过不断的论证和实践，在电缆线路铺设电缆规划设计，配电电缆进入等方面，拥有非常成熟的施工标准。我国在进行城市电网建设中，也通过不断地进行相应的地上地下电缆的结构性安全监测，强化电力输送中安全运行，得到了很好的实践结果。

关键词：隧道结构；安全监测系统；开发；软件应用

1.工程介绍

某电力隧道运营施工项目，地处河流入海地段，土质为饱和软弱状态，粘土地质条件较为恶劣。然而由于隧道所在的城市中心，各种建设活动非常频繁，因此需要采用近距离穿越施工的方式进行周边的基坑开挖，隧道接头张开渗漏水等。要对高压电缆安全进行负责，防止隧道的结构安全出现问题。因此开展电力隧道运营企业结构安全监测非常必要。

2.施工细节

在进行隧道南北高架施工的时候，对于电力隧道内镜等参数进行了测试，得到的参数为电力隧道内径为5.5米，衬砌厚度为35厘米，宽1.2米，采用盾构施工，管片采用的方案为使用顶块结合，施工采用纵向直螺栓进行连接，块与块之间使用螺栓进行连接，横向和纵向螺栓采用了涂层作为腐蚀处理方式，电力隧道与区间地铁隧道呈90度垂直相交，环号分别为上行线和下行线。

从设计资料上可以看到，地铁隧道下传电力隧道与电力隧道，竖向达到七米下行距离，地铁隧道与电力隧道竖向净距为13米，平面剖面位置可以从设计图纸上获取。而穿越段工程地质情况。

可以看到壳单元中隔板厚度为12米，下立柱为1.2米，电力隧道环与环之间通过螺栓进行连接，衬砌块与衬砌块之间通过相同的螺栓进行连接。螺栓的两端嵌于混凝土管片内部，具有模拟拉杆件的特性，螺栓特点相同，与相同的螺栓进行连接之后，在不同工况下，隧道结构接头张开量与曲率半径的关系，可以进行纯弯荷载的加载。隧道结构变形监测，安全标准采用实测值容许值的方式进行测定。

3.电力隧道全自动安全监控软件开发

该安全监控软件是建立在完整的隧道动态三维监控软件中，包括了用户管理数据库管理，监测数据导入三维可视模块，预测模块等等。这些软件具有的特点是能够实现隧道的整体形态，三维可视化可以直观观察三维状态下任意检测元件的信息。对于三维交互功能实现监测数据的查询。虚拟行走技术表现在最能够直观地进行整体形态的可视化观察，采用数据多方式的二维表达，对于隧道断面进行平面查询。

进行平面巡查的成果显示，在监测元件的空间位置上，使用丰富的二维曲线加以表达，以不同颜色表现出监测值预测值的性分色显示。在监测断面图上可以选取可查询的监测元件，通过网络实现远程数据访问，通过数据服务器进行相应的隧道监测数据安全等级的设置。

4.工程应用

在施工中，出于电力隧道运行安全的考虑，跟踪和监测施工期间电力隧道结构变化。例如使用电子水平尺，该工具使用较多的地方处在距离地铁施工核心地段最近的地方，能够对数据进行可靠测量，安装上也较为简单，分辨率也较高，能够保证地铁运营安全。

经过从电力隧道下传工程施工，由于考虑到电力隧道的安全，在盾构穿越前，将电力隧道使用土体隆起的方式加以抬高，然后再使用土体沉降的方式，将电力隧道加以下沉。在施工中运用严格的施工技术加以论证，参数均能保证隧道能够完成纵向和沉降。将安全要求建立在隧道施工技术标准上，对地表施工相应参数进行调整，包括注浆速度、掘进进度等，例如根据检测数据，得到相应的采集次数，地表的沉降和隆起的参数，对施工动态加以监测，得到相应数据。经过电力隧道监测，在穿越电力隧道的时候，上下行的中心为对称点，沿电力隧道向两端延伸14米到16米，布置好水平量，推进隧道的布置图，电力隧道最终实现了上浮和下沉，小于设计标准值的，在穿越施工之后，均进行了整改。

经过施工后，电力隧道没有发现渗水管片断裂等情况。因此可以说本次盾构穿越工程获得成功。

5.自动化监测系统结构设计

5.1数据的采集

笔者在设计地铁隧道结构安全自动化监测系统的时候，对于数据的采集主要是建立TrimblePrecisionSDK平台及LeicaGeoCom指令集研发了可支持TrimbleS8及LeicaTM30全站仪的数据采集管理平台，这样对地铁隧道结构自动化监测的过程中就实现了使用远程全站仪对相关的数据和信息进行了采集和管理，并且利用相关数据的采集功能主要是需要实现在数据采集的过程中能够自动的开启和停止数据的采集，并实现对数据进行分组和处理以及在这个过程中对数据监测的过程中实现自动检测周期的。

5.2数据记忆指令通信

对于数据以及指令通信这个环节，笔者在分析研究的使用主要是利用了自动化监测数据通信系统，这主要是由于数据指令的通信是保证地铁隧道结构稳定性自动化监测系统中相关信息传递的主要途径，并且在这个过程中起到了实时通讯的作用，因此加快数据的传输效率能够大大的提高实时检测的数据，因此笔者在分析的过程中就主要是自动化监测数据通信的系统，由于这种系统的时候不仅是减少的点组监测的时间，大大的提高了监测的精确度，不仅如此还大大的提高了系统的稳定性，促进了地铁隧道结构稳定自动化监测的有效性。

5.3数据的处理

对于地铁隧道结构稳定性自动化监测过程中的数据，由于其所发挥的重要作用，因此对这些数据的处理也十分的重要，并且由于数据的处理直接决定数据处理的重要环境，我们对数据处理的方式直接的影响了我们测量的精度，因此我们除了对基本的数据进行检测和处理之外，还需要一套数据监测和处理的系统，加强对地铁隧道数据的检测。因此笔者在这个过程中就使用了VT检测法对地铁隧道结构的稳定性进行了判断，在判断的过程中去掉不稳定的基准点，提高地铁隧道稳定性自动化监测中监测点解算成果的精准度。

结论

从上述案例施工项目中，我们看到在电力隧道中实施安全运行保护监控，需要建立具有施工环境特征的电力隧道安全运营预警指标体系，采用隧道变形曲线，隧道最大沉降量和水平为一辆相对曲线值等数值，依次来作为参数，满足电力设施安全和电力隧道施工的运行要求。当前自动化变形监测系统能够对重叠隧道进行变形监测施工的全程监测，而且帮助施工全程的变形，都能在有效的控制范围内。通过监测系统的运行发现隧道施工中不均匀沉降变化值是稳定的。通过反馈施工，对于结构变形进行监测，能够有效地控制被保护结构的施工期变形。在维护电力隧道安全运营上发挥了重大作用。

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