一、監(jiān)測(cè)目的

隧道工程屬于地下工程，是監(jiān)控量測(cè)部分非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于巖土工程的復(fù)雜性和特殊性，在隧道施工過程中一般需要根據(jù)施工過程中洞內(nèi)外地質(zhì)調(diào)查、洞內(nèi)觀察、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)及巖土物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)等施工反饋信息，進(jìn)一步分析確定圍巖的物理力學(xué)參數(shù)，以最終確定修改隧道施工方法和支護(hù)方式。通過監(jiān)控量測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工，能及時(shí)掌握隧道實(shí)際的地質(zhì)情況，隧道圍巖、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征和變形情況，盡早發(fā)現(xiàn)塌方、變形等災(zāi)害，及時(shí)采取措施，保障施工安全；對(duì)圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的受力、變形狀況的深入分析，準(zhǔn)確評(píng)定隧道施工工藝、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，為優(yōu)化施工提供指導(dǎo)，最終達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的目的，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的施工措施，保證隧道在運(yùn)營期間的安全性和可靠性，同時(shí)也為隧道建設(shè)和運(yùn)營提供參考依據(jù)。

二、監(jiān)測(cè)的意義和必要性

隨著全國各地高速公路、鐵路建設(shè)的高速發(fā)展。接踵而來的隧道施工事故也頻頻發(fā)生，敲響了安全生產(chǎn)的警鐘。隧道穿越的山體工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等條件復(fù)雜多變。早期修建的隧道又受修建時(shí)期的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)條件的限制，經(jīng)常出現(xiàn)隧道拱頂開裂、邊墻開裂、拱頂空洞、襯砌損壞、隧道滲漏水、隧道凍害、圍巖大變形、襯砌厚度薄、混凝土強(qiáng)度低、隧道內(nèi)空氣污染等災(zāi)害。由于各方面的原因，隧道內(nèi)部的照明設(shè)施不足也會(huì)引發(fā)交通事故，災(zāi)難性火災(zāi)事故的隱患所在。因此，鐵路隧道的健康問題變得日益突出，如何對(duì)現(xiàn)役營運(yùn)隧道或新建隧道進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)防控制就顯得極為重要。隨著各地如火如荼地發(fā)展高速公路、鐵路建設(shè)，接踵而來的隧道施工事故也頻頻發(fā)生，敲響了安全生產(chǎn)的警鐘。

施工過程中隧道發(fā)生坍塌

隧道上方山體滑坡導(dǎo)致隧道坍塌

三、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

隧道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)式通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時(shí)獲取工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境激勵(lì) 的響應(yīng)，并從中提取工程結(jié)構(gòu)的損傷和老化信息，為工程的使用和維護(hù)工作提供參考，可降低人工維護(hù)費(fèi)用，預(yù)報(bào)災(zāi)難性事件的發(fā)生，將損失降低至最低。

隧道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本要求，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、無線傳輸，原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，形式多樣的實(shí)時(shí)報(bào)警功能，事前預(yù)控提高效率等。

對(duì)于隧道健康監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)而言，主要是先進(jìn)傳感器的優(yōu)化布設(shè)和信息的高效傳輸；理論上而言，主要是結(jié)構(gòu)識(shí)別理論和狀態(tài)評(píng)估理論的發(fā)展。

隧道健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)部分:

1.傳感系統(tǒng)：由傳感器、二次儀表等部分組成，用于將待測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳌㈦妷?、電阻、振弦、頻率等信號(hào)。

2.信號(hào)采集與處理：實(shí)現(xiàn)多種信息源、物理信號(hào)的采集與預(yù)處理，并根據(jù)相關(guān)性要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲(chǔ)起來。

3.通信系統(tǒng)：將處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

4.監(jiān)控中心和報(bào)警設(shè)施：利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包括工程結(jié)構(gòu)是否受到出現(xiàn)損傷等。傳感器監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過采集與處理，由通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行分析，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀況作出評(píng)估。如發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報(bào)警信息。

四、Mint隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

DataMint? Tunnel是為隧道監(jiān)測(cè)場(chǎng)景定制的客戶端軟件，用戶通過此軟件進(jìn)行隧道洞型資料配置、洞型圖繪制、隧洞測(cè)點(diǎn)布置、多種計(jì)算公式及算法選擇、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢、變形報(bào)警設(shè)置等操作，輕松覆蓋隧洞監(jiān)測(cè)的全場(chǎng)景需求。同時(shí)，DataMint? Tunnel根據(jù)用戶其他場(chǎng)景需求提供量身定制。

1.隧洞系統(tǒng)概述

DataMint? Tunnel隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為用戶提供用戶管理， 工程管理、 設(shè)備配置、 測(cè)點(diǎn)配置、 采集策略和報(bào)警策略配置等配置管理功能， 數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)圖表展示等數(shù)據(jù)獲取與處理相關(guān)功能， 還有設(shè)備調(diào)試、 通訊設(shè)置等與設(shè)備交互相關(guān)的功能。

2.系統(tǒng)功能與特點(diǎn)

1.可實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)連續(xù)觀測(cè)，滿足高精度隧道監(jiān)測(cè)的需要。

2.能夠進(jìn)行長期、穩(wěn)定、不間斷運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)布具有保密性和可靠性，真正做到無人值守，放心又省心。

3.具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程狀態(tài)瀏覽、遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)置以及數(shù)據(jù)管理、用戶 管理、安全管理等功能。

4.通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析為工程施工提供及時(shí)的反饋信息；能夠掌握 隧道結(jié)構(gòu)和相鄰環(huán)境的變形和受力情況，對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情和事故提出警報(bào)，確 保整個(gè)隧道施工進(jìn)程的安全。

5.監(jiān)測(cè)精度高隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都采用長期應(yīng)用證明穩(wěn)定的傳感器、保證了監(jiān)測(cè)精度；

6.分析手段多能生成各種報(bào)表、曲線、圖片。 

五、隧道監(jiān)測(cè)傳感器選型

監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目來選擇，傳感器的選擇應(yīng)本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、性能可靠適用、長期穩(wěn)定并滿足監(jiān)測(cè)要求的原則。具體的傳感器選型原則如下：

1.先進(jìn)性原則：根據(jù)監(jiān)測(cè)要求，選用技術(shù)成熟、性能先進(jìn)的傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集；

2.可靠、適用性原則：選擇合適的傳感器，保證系統(tǒng)在長期運(yùn)行中的可靠耐用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；

3.耐久性原則：選用經(jīng)久耐用的傳感器，具有防水、防潮、抗雷電等性能，能在復(fù)雜的環(huán)境條件長期穩(wěn)定和正常工作；

4.可維護(hù)：可擴(kuò)展原則。傳感器易于維護(hù)和更換，并能在后期根據(jù)需要進(jìn)行刪減或增加；

5.精度合適、經(jīng)濟(jì)合理原則：根據(jù)監(jiān)測(cè)精度需要，滿足精度適中的儀器，兼顧性能和經(jīng)濟(jì)；

六、隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

隧洞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是提供獲取隧道結(jié)構(gòu)信息的工具，使決策者可以針對(duì)特定目標(biāo)做出正確的決策，設(shè)計(jì)原則如下：

1.保證系統(tǒng)的可靠性：由于隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為實(shí)時(shí)運(yùn)行，需保證系統(tǒng)的可靠性，否則先進(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。

2.保證系統(tǒng)的先進(jìn)性：設(shè)備的選擇、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能與現(xiàn)在技術(shù)成熟監(jiān)測(cè)及測(cè)試技術(shù)發(fā)展水平、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)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。

3.可操作和易于維護(hù)性：系統(tǒng)應(yīng)易于管理、易于操作，對(duì)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。

4.系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程固件升級(jí)功能：根據(jù)系統(tǒng)自檢以及系統(tǒng)需求可通過遠(yuǎn)程固件進(jìn)行完善，且系統(tǒng)具備各種類型的通訊協(xié)議和接口，可為后期設(shè)備升級(jí)服務(wù)。

5.以最優(yōu)成本控制：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)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(cè)的效果。

總之，系統(tǒng)堅(jiān)持貫徹“技術(shù)可行、實(shí)施可能、經(jīng)濟(jì)合理”的基本原則，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做到可用、實(shí)用、好用的程度，充分發(fā)揮作用，為隧道養(yǎng)護(hù)管理及安全運(yùn)營提供數(shù)據(jù)上和技術(shù)上的支持。

七、隧道監(jiān)測(cè)方法的選擇

隧道在線監(jiān)測(cè)能解決目前人工監(jiān)測(cè)的不足，尤其是結(jié)構(gòu)環(huán)境相對(duì)較差、且正在運(yùn)營的地區(qū)。

1.不需要人員多次進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省人力物力；

2.能夠全天候 24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性；

3.有利于傳輸線纜的保護(hù)。

4.提供詳實(shí)數(shù)據(jù)報(bào)告給管理者，并對(duì)結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估。

根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，對(duì)隧洞的監(jiān)測(cè)采用在線監(jiān)測(cè)，滿足技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全性高，并更具時(shí)效性。

八、隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1.傳感器

空氣溫濕度計(jì)、土壓力計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀、收斂計(jì)、鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)、裂縫、等多種傳感器均可使用。

2.采集設(shè)備

自動(dòng)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)測(cè)量通道任意組合，傳感器混合接入智能識(shí)別傳感器信息，智能診斷傳感器故障。

3.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)平臺(tái)組成監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)、評(píng)估、預(yù)警等功能。

4.輔助技術(shù)系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括供電、綜合布線等，保障整個(gè)系統(tǒng)在各種環(huán)境下安全穩(wěn)定、長時(shí)間連續(xù)工作。