一种隧道二次衬砌变形实时监测系统技术方案

本申请提供了一种隧道二次衬砌变形实时监测系统，该系统包括：三维变形监测仪和管理分析模块，三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，三维变形监测仪内设有首尾依次相接的、可任意弯折的多个监测单元，且多个监测单元并行电连接；多个监测单元与隧道的多个监测点一一对应；其中，监测单元用于对隧道进行监测，以获取监测单元对应的监测点处的监测数据，响应于监测单元获取的监测数据大于预设阈值，监测单元向管理分析模块发送触发信号；管理分析模块与三维变形监测仪通讯连接，响应于管理分析模块接收到触发信号，管理分析模块修改监测参数并发送至对应的监测单元，以由对应的监测单元根据修改后的监测参数对隧道进行监测。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道二次衬砌变形实时监测系统
本申请涉及隧道监测工程
，特别涉及一种隧道二次衬砌变形实时监测系统。
技术介绍
随着公路建设进程的不断推进，目前我国公路隧道已经从建设初期逐渐进入运营期，国内特长隧道的数量及里程均在不断增加。据交通运输部2020年数据显示，截止2019年我国公路隧道数量为19067座，同比增长7.5％，隧道总成的达到1896.66万米，同比增长10％，与2009年的总里程相比，增长了381.14％。其中，公路特长隧道数量增长至1175座，公路特长隧道长度达到521.75万米；公路长隧道数量达到4784座，隧道总长度为826.31万米。且公路隧道呈现出向特长和10km以上超长隧道发展的趋势，从公路隧道设计理念上来看，基本上已从荷载-结构理论转化到了围岩-结构理论，同时更加重视安全运营环境与工程环境的保护。围岩变形是直接与稳定状态相联系的宏观物理量，是岩体开挖时的行为功能发出的信息，是工程围岩稳定性的真实反映。利用施工过程中围岩变形信息进行反分析可预测前进方向可能出现的围岩稳定性问题，在安全施工和优化设计中具有重要意义。我国的公路隧道的设计理念及施工工艺仍以新奥法为主，采用复合式衬砌的围岩支护形式，分为初支和二次衬砌。隧道二衬是隧道支护结构永久性承载的一部分，因而二衬质量也凸显隧道的使用寿命和安全性状况。因此，需要对隧道二衬结构进行长期的安全监测和健康评定，包括对二衬结构的应力、变形和温度等物理指标进行监测，其中又以变形监测最为重要。目前所采用的隧道变形监测技术和装置存在无法实时自动连续化检测、无法长距离和对不规则端面形状监测、集成化精度不高于稳定性不良等局限性。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种隧道二次衬砌实时监测系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请提供了一种隧道二次衬砌实时监测系统，包括：三维变形监测仪和管理分析模块，三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，三维变形监测仪内设有首尾依次相接的、可任意弯折的多个监测单元，且多个监测单元并行电连接；多个监测单元与隧道的多个监测点一一对应；其中，监测单元用于对隧道进行监测，以获取监测单元对应的监测点处的监测数据，响应于监测单元获取的监测数据大于预设阈值，监测单元向管理分析模块发送触发信号；管理分析模块与三维变形监测仪通讯连接，响应于管理分析模块接收到触发信号，管理分析模块修改监测参数并发送至对应的监测单元，以由对应的监测单元根据修改后的监测参数对隧道进行监测。在本申请的任一可选实施例中，监测数据包括监测点的位移、角度、振动频率、振幅、温度中的至少一种。在本申请的任一可选实施例中，监测单元包括：重力加速度传感器和数据处理单元，重力加速度传感器用于对监测点的坐标数据进行实时采集，并发送至数据处理单元；数据处理单元根据重力加速度传感器X、Y、Z轴向的分量，分别计算重力加速度传感器对应的监测单元在竖直方向、水平方向的竖直夹角、水平夹角；并根据竖直夹角、水平夹角以及对应的重力加速度传感器的长度，分别计算监测单元在竖直方向、水平方向的竖直位移、水平位移；根据竖直位移、水平位移计算监测单元对应的监测点的位移；其中，X轴向定义为垂直隧道轴向的水平方向；Y轴向定义为隧道轴方向，Z轴向定义为垂直方向。在本申请的任一可选实施例中，多个监测单元中均设有重力加速度传感器，重力加速度传感器用于对监测点的坐标数据进行实时采集；多个监测单元中至少一个设有数据处理单元，未设置数据处理单元的监测单元能够将采集到的对应的监测点的坐标数据发送至设置有数据处理单元的监测单元，以由数据处理单元根据坐标数据得到对应的监测点的位移。在本申请的任一可选实施例中，管理分析模块还能够根据接收到的监测单元的监测数据，建立隧道的二次衬砌的变形与时间的变化曲线，以对隧道的二次衬砌变形规律进行分析。在本申请的任一可选实施例中，三维变形监测仪中的多个监测单元通过总线网络并行连接，且能够通过RS485接口接入星型网络或者链型网络。在本申请的任一可选实施例中，响应于三维变形监测仪中监测单元的数量不超过20个且监测单元的走线长度不超过200米时，多个监测单元与管理分析模块直接接入RS485总线网络，无需采取总线匹配措施。在本申请的任一可选实施例中，监测单元采用宽电压供电方式，供电电压范围：DC5V～30V。在本申请的任一可选实施例中，监测参数至少包括监测频率、监测地址、监测周期、采集时间中其一。有益效果：本申请中实施例提供的技术方案中，通过将三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，通过三维变形监测仪中设置的多个监测单元对隧道进行监测，由于多个监测单元柔性连接，可任意弯折，使得通过三维变形监测仪可对隧道内任意不规则断面形状进行实时自动连续监测；通过将多个监测单元首尾依次相接集成于三维变形监测仪中，有效提高了对隧道二次衬砌变形实时监测的集成化程度；同时，三维变形监测仪中的检测单元对监测数据进行初步分析判断，当大于预设阈值，通过触发信号触发管理分析模型，由管理分析模块修改监测参数并发送至对应的监测单元，由对应的监测单元根据修改后的监测参数进行监测，有效提高了隧道二次衬砌的监测精度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：图1为根据本申请的一些实施例提供的一种隧道二次衬砌实时监测系统的结构示意图；图2为根据本申请的一些实施例提供的三维变形监测仪埋设于隧道表面的示意图；图3为根据本申请的一些实施例提供的三维变形监测仪埋设于二衬内部的示意图；图4为根据本申请的一些实施例提供的监测单元的沉降量示意图；图5为根据本申请的一些实施例提供的监测单元的线缆线序图。附图标记说明：101-三维变形监测仪；111-监测单元；121-弯折关节；131-固定节；102-管理分析模块。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道二次衬砌变形实时监测系统，其特征在于，包括：三维变形监测仪和管理分析模块，/n所述三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，所述三维变形监测仪内设有首尾依次相接的、可任意弯折的多个监测单元，且多个所述监测单元并行电连接；多个所述监测单元与所述隧道的多个监测点一一对应；其中，所述监测单元用于对所述隧道进行监测，以获取所述监测单元对应的所述监测点处的监测数据，响应于所述监测单元获取的所述监测数据大于预设阈值，所述监测单元向所述管理分析模块发送触发信号；/n所述管理分析模块与所述三维变形监测仪通讯连接，响应于所述管理分析模块接收到所述触发信号，所述管理分析模块修改监测参数并发送至对应的所述监测单元，以由对应的所述监测单元根据修改后的所述监测参数对所述隧道进行监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道二次衬砌变形实时监测系统，其特征在于，包括：三维变形监测仪和管理分析模块，
所述三维变形监测仪埋设于隧道二衬内或隧道表面，所述三维变形监测仪内设有首尾依次相接的、可任意弯折的多个监测单元，且多个所述监测单元并行电连接；多个所述监测单元与所述隧道的多个监测点一一对应；其中，所述监测单元用于对所述隧道进行监测，以获取所述监测单元对应的所述监测点处的监测数据，响应于所述监测单元获取的所述监测数据大于预设阈值，所述监测单元向所述管理分析模块发送触发信号；
所述管理分析模块与所述三维变形监测仪通讯连接，响应于所述管理分析模块接收到所述触发信号，所述管理分析模块修改监测参数并发送至对应的所述监测单元，以由对应的所述监测单元根据修改后的所述监测参数对所述隧道进行监测。


2.根据权利要求1所述的隧道二次衬砌变形实时监测系统，其特征在于，所述监测数据包括所述监测点的位移、角度、振动频率、振幅、温度中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的隧道二次衬砌变形实时监测系统，其特征在于，
所述重力加速度传感器用于对所述监测点的坐标数据进行实时采集，并发送至所述数据处理单元；
所述数据处理单元根据所述重力加速度传感器X、Y、Z轴向的分量，分别计算所述重力加速度传感器对应的所述监测单元在竖直方向、水平方向的竖直夹角、水平夹角；并根据所述竖直夹角、水平夹角以及对应的所述重力加速度传感器的长度，分别计算所述监测单元在竖直方向、水平方向的竖直位移、水平位移；根据所述竖直位移、水平位移计算所述监测单元对应的所述监测点的位移；其中，X轴向定义为垂直隧道轴向的水平方向；Y轴向定义为隧道轴方向，Z轴向定义为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王治才，杨铁轮，王智佼，唐绍武，陈伟祥，魏小军，于家武，
申请(专利权)人：甘肃长达路业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62