非接觸性監測技術在潛埋隧道中的應用

孫國著

摘 要：擬建隧道穿越高速公路，鐵路既有線路，城市主干道，機場飛行禁區等情況下時，為了不影響交通運營，監測人員不能進入運營區域，因此，要采取非接觸性監測手段。針對機場某工程的非接觸性監測的有效運行，對非接觸性監測內容進行論述，其具有實時性及準確性的優點，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：自動化；監測；隧道

中圖分類號：U458.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0056-02

擬建隧道穿越高速公路，鐵路既有線路，城市主干道，機場飛行禁區等情況下時，為不影響交通運營，地表沉降監測及土體位移監測人員在運營期間不能進入禁區，要采取非接觸性監測措施。非接觸性監測系統要具備以下特點：

①時效性。非接觸性監測系統要24 h實時監測，數據及時有效。

②準確性。儀器精度及監測方法要滿足規范及設計要求。

③信息處理自動化。建立數據采集、分析及反饋的自動化系統，數據采集及數據分析由分析軟件自動生成，出現異常狀態立即反饋給施工單位。

本文通過機場某項目的非接觸性監測的成功實例對非接觸性監測進行分析論述。

1 工程背景

機場某項目要通過暗挖方式穿越飛行禁區。機場對監測工作有以下要求：

①不停航期間監測人員不能進入飛行禁區。

②飛行禁區上布置監測點不能對飛行禁區造成破壞，也不能做明顯的標志，確保飛行員視線安全。

③根據機場安排時間進行監測，聽從機場塔臺安排。

④無限信號管理，監測設備發出的無限信號不能影響機場運營。

⑤監測自動化系統具有準確性及時效性。

2 非接觸性監測系統設計

根據機場的要求，通過多方專家進行論證，一致認為要采集地表沉降及飛行禁區地表沉降的數據，且要確保數據的準確性和及時性，要對水準儀監測的方法進行有效替代；必須采取新的方法。非接觸性監測系統設計采用3種新方法：靜力水準儀、點式光纖監測及設置基站及測量機器人。在現場設立信息化處理中心，用有線傳輸的方式將3種方法采集的數據傳送至中心，用計算機及相關軟件進行分析，如圖1所示。

3 非接觸性監測系統的內容

3.1 靜力水準儀

3.1.1 靜力水準儀實施原理

采用集成原理的形式，使用電容傳感器，監測每個測點器皿內液面對應變化，進行數據處理得出各點相對高程變化。

3.1.2 數據采集及處理

靜力水準儀通過數據采集儀傳送到計算機內，監測精度0.2 mm。通過軟件自動計算，形成excel圖表，如圖2所示。

3.2 點式光纖

3.2.1 布拉格光纖光柵（FBG）測試原理

當光波傳輸通過光纖布拉格光柵時，光波矢被反射，將入射光柵波矢分成投射光波矢和反射光波矢兩部分，當布拉格光柵受到外界應變（或應力）作用時，光柵周期會發生變化，直接或間接地利用應變改變光柵中心波長，如圖3所示，達到測試被測物理量的目的。因此，通過測試傳感器的波長變化，可以獲得相應的應變和溫度變化值。

3.2.2 數據采集及處理

光纖光柵解調儀采用美國MOI公司產SM230-800，如圖4所示。其技術指標見表1。采集的應變數據通過分析軟件分析，形成excel表格，自動生成沉降曲線。

3.3 測量基站及測量機器人

3.3.1 測試原理

通過設置基站、基站頂部放置測量機器人及飛行禁區貼反射片的辦法對飛行禁區進行沉降觀測。測量機器人采用徠卡TCRP1201+，具有自動馬達系統，誤差為1 s。經過計算，關鍵部位最大誤差可控制在0.7 mm以內（距離150 m），最小誤差0.3 mm。

3.3.2 監測點布設

為確保反光片與飛行禁區地表粘結緊密且不受航空器發動機氣流影響，利用停航時間，用打磨機在飛行禁區地表上打磨，測點比地表低3 mm，清理干凈，用環氧樹脂膠打底，將5 cm×5 cm反光片貼在飛行禁區地表上，操作和效果圖如圖5和圖6所示。

3.3.3 數據采集及處理

徠卡TCRP1201+系統根據設置頻率，對飛行禁區進行不間斷的掃描，監測數據通過監測基站傳送到信息處理中心，專業軟件處理后形成excel表格，自動生成變形曲線。

4 結 語

通過三種監測方法的實施，根據監測數據分析，監測自動化系統滿足特定場地情況下的要求，對其他不允許人工操作的情況（如高速公路，鐵路既有線路等）可以廣泛推廣應用。同時，非接觸性監測具有實時動態、無人值守的特點，克服了傳統監測方法的不足，極大地提高了監測效率，隨著我國的經濟發展，非接觸性監測系統具有廣闊的應用前景。

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