隧洞安全监测

一、监测目的

隧道工程属于地下工程，是监控量测部分非常重要的一个环节。由于岩土工程的复杂性和特殊性，在隧道施工过程中一般需要根据施工过程中洞内外地质调查、洞内观察、现场监控量测及岩土物理力学实验等施工反馈信息，进一步分析确定围岩的物理力学参数，以最终确定修改隧道施工方法和支护方式。通过监控量测，实现信息化施工，能及时掌握隧道实际的地质情况，隧道围岩、支护衬砌结构的受力特征和变形情况，尽早发现塌方、变形等灾害，及时采取措施，保障施工安全；对围岩及隧道结构的受力、变形状况的深入分析，准确评定隧道施工工艺、支护衬砌结构参数的合理性、安全性和经济性，为优化施工提供指导，最终达到安全、优质、经济的目的，根据监控量测的数据和相应的施工措施，保证隧道在运营期间的安全性和可靠性，同时也为隧道建设和运营提供参考依据。

二、监测的意义和必要性

随着全国各地高速公路、铁路建设的高速发展。接踵而来的隧道施工事故也频频发生，敲响了安全生产的警钟。隧道穿越的山体工程地质及水文地质等条件复杂多变。早期修建的隧道又受修建时期的设计与施工技术条件的限制，经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形、衬砌厚度薄、混凝土强度低、隧道内空气污染等灾害。由于各方面的原因，隧道内部的照明设施不足也会引发交通事故，灾难性火灾事故的隐患所在。因此，铁路隧道的健康问题变得日益突出，如何对现役营运隧道或新建隧道进行安全监测和灾害预防控制就显得极为重要。随着各地如火如荼地发展高速公路、铁路建设，接踵而来的隧道施工事故也频频发生，敲响了安全生产的警钟。

施工过程中隧道发生坍塌

隧道上方山体滑坡导致隧道坍塌

三、安全监测系统架构

隧道安全监测系统架构式通过内部结构传感器网络来实时获取工程内部结构对环境激励 的响应，并从中提取工程结构的损伤和老化信息，为工程的使用和维护工作提供参考，可降低人工维护费用，预报灾难性事件的发生，将损失降低至最低。

隧道安全监测系统的基本要求，包括监测数据自动采集、无线传输，原始监测数据的实时处理，形式多样的实时报警功能，事前预控提高效率等。

对于隧道健康监测的关键技术而言，主要是先进传感器的优化布设和信息的高效传输；理论上而言，主要是结构识别理论和状态评估理论的发展。

隧道健康监测系统应包括以下几个部分:

1.传感系统：由传感器、二次仪表等部分组成，用于将待测物理量转变为电流、电压、电阻、振弦、频率等信号。

2.信号采集与处理：实现多种信息源、物理信号的采集与预处理，并根据相关性要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。

3.通信系统：将处理过的数据传输到监控中心。

4.监控中心和报警设施：利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括工程结构是否受到出现损伤等。传感器监测到的实时信号，经过采集与处理，由通信系统传送到监控中心进行分析，判断损伤的发生、位置、程度，从而对结构的健康状况作出评估。如发现异常，发出报警信息。

四、Mint隧道监测系统

DataMint® Tunnel是为隧道监测场景定制的客户端软件，用户通过此软件进行隧道洞型资料配置、洞型图绘制、隧洞测点布置、多种计算公式及算法选择、监测数据查询、变形报警设置等操作，轻松覆盖隧洞监测的全场景需求。同时，DataMint® Tunnel根据用户其他场景需求提供量身定制。

1.隧洞系统概述

DataMint® Tunnel隧道监测系统为用户提供用户管理， 工程管理、 设备配置、 测点配置、 采集策略和报警策略配置等配置管理功能， 数据采集、 数据图表展示等数据获取与处理相关功能， 还有设备调试、 通讯设置等与设备交互相关的功能。

2.系统功能与特点

1.可实现 24 小时连续观测，满足高精度隧道监测的需要。

2.能够进行长期、稳定、不间断运行，数据传输和发布具有保密性和可靠性，真正做到无人值守，放心又省心。

3.具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及数据管理、用户 管理、安全管理等功能。

4.通过计算实现数据处理分析为工程施工提供及时的反馈信息；能够掌握 隧道结构和相邻环境的变形和受力情况，对可能出现的险情和事故提出警报，确 保整个隧道施工进程的安全。

5.监测精度高隧道监测系统都采用长期应用证明稳定的传感器、保证了监测精度；

6.分析手段多能生成各种报表、曲线、图片。 

五、隧道监测传感器选型

监测仪器应根据监测项目来选择，传感器的选择应本着技术先进、经济合理、性能可靠适用、长期稳定并满足监测要求的原则。具体的传感器选型原则如下：

1.先进性原则：根据监测要求，选用技术成熟、性能先进的传感器，实现数据的自动化采集；

2.可靠、适用性原则：选择合适的传感器，保证系统在长期运行中的可靠耐用，经济实用；

3.耐久性原则：选用经久耐用的传感器，具有防水、防潮、抗雷电等性能，能在复杂的环境条件长期稳定和正常工作；

4.可维护：可扩展原则。传感器易于维护和更换，并能在后期根据需要进行删减或增加；

5.精度合适、经济合理原则：根据监测精度需要，满足精度适中的仪器，兼顾性能和经济；

六、隧道监测系统设计原则

隧洞监测系统是提供获取隧道结构信息的工具，使决策者可以针对特定目标做出正确的决策，设计原则如下：

1.保证系统的可靠性：由于隧道结构安全监测系统为实时运行，需保证系统的可靠性，否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发挥不出应有的作用及效果。

2.保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能与现在技术成熟监测及测试技术发展水平、结构安全监测的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。

3.可操作和易于维护性：系统应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。

4.系统具有远程固件升级功能：根据系统自检以及系统需求可通过远程固件进行完善，且系统具备各种类型的通讯协议和接口，可为后期设备升级服务。

5.以最优成本控制：监测系统的一个原则就是利用最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力及物力，又能最大限度发挥出实际监测的效果。

总之，系统坚持贯彻“技术可行、实施可能、经济合理”的基本原则，使得监测系统做到可用、实用、好用的程度，充分发挥作用，为隧道养护管理及安全运营提供数据上和技术上的支持。

七、隧道监测方法的选择

隧道在线监测能解决目前人工监测的不足，尤其是结构环境相对较差、且正在运营的地区。

1.不需要人员多次进入现场，节省人力物力；

2.能够全天候 24 小时实时监测，确保数据的连续性；

3.有利于传输线缆的保护。

4.提供详实数据报告给管理者，并对结构当前状态进行全面评估。

根据监测系统设计的原则，对隧洞的监测采用在线监测，满足技术先进、经济合理、安全性高，并更具时效性。

八、隧道监测系统组成

1.传感器

空气温湿度计、土压力计、静力水准仪、收敛计、钢筋计、应变计、裂缝、等多种传感器均可使用。

2.采集设备

自动采集设备，实现测量通道任意组合，传感器混合接入智能识别传感器信息，智能诊断传感器故障。

3.数据处理系统

监测平台组成监控中心，实现对监控数据的实时采集、处理、显示、存储、评估、预警等功能。

4.辅助技术系统

辅助系统包括供电、综合布线等，保障整个系统在各种环境下安全稳定、长时间连续工作。