非接觸性監(jiān)測(cè)技術(shù)在潛埋隧道中的應(yīng)用

孫國(guó)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(jī)場(chǎng)飛行禁區(qū)等情況下時(shí)，為了不影響交通運(yùn)營(yíng)，監(jiān)測(cè)人員不能進(jìn)入運(yùn)營(yíng)區(qū)域，因此，要采取非接觸性監(jiān)測(cè)手段。針對(duì)機(jī)場(chǎng)某工程的非接觸性監(jiān)測(cè)的有效運(yùn)行，對(duì)非接觸性監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行論述，其具有實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；監(jiān)測(cè)；隧道

中圖分類(lèi)號(hào)：U458.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jī)場(chǎng)飛行禁區(qū)等情況下時(shí)，為不影響交通運(yùn)營(yíng)，地表沉降監(jiān)測(cè)及土體位移監(jiān)測(cè)人員在運(yùn)營(yíng)期間不能進(jìn)入禁區(qū)，要采取非接觸性監(jiān)測(cè)措施。非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要具備以下特點(diǎn)：

①時(shí)效性。非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要24 h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)及時(shí)有效。

②準(zhǔn)確性。儀器精度及監(jiān)測(cè)方法要滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

③信息處理自動(dòng)化。建立數(shù)據(jù)采集、分析及反饋的自動(dòng)化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析由分析軟件自動(dòng)生成，出現(xiàn)異常狀態(tài)立即反饋給施工單位。

本文通過(guò)機(jī)場(chǎng)某項(xiàng)目的非接觸性監(jiān)測(cè)的成功實(shí)例對(duì)非接觸性監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析論述。

1 工程背景

機(jī)場(chǎng)某項(xiàng)目要通過(guò)暗挖方式穿越飛行禁區(qū)。機(jī)場(chǎng)對(duì)監(jiān)測(cè)工作有以下要求：

①不停航期間監(jiān)測(cè)人員不能進(jìn)入飛行禁區(qū)。

②飛行禁區(qū)上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)不能對(duì)飛行禁區(qū)造成破壞，也不能做明顯的標(biāo)志，確保飛行員視線安全。

③根據(jù)機(jī)場(chǎng)安排時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，聽(tīng)從機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)安排。

④無(wú)限信號(hào)管理，監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)出的無(wú)限信號(hào)不能影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。

⑤監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性及時(shí)效性。

2 非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)場(chǎng)的要求，通過(guò)多方專(zhuān)家進(jìn)行論證，一致認(rèn)為要采集地表沉降及飛行禁區(qū)地表沉降的數(shù)據(jù)，且要確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，要對(duì)水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行有效替代；必須采取新的方法。非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用3種新方法：靜力水準(zhǔn)儀、點(diǎn)式光纖監(jiān)測(cè)及設(shè)置基站及測(cè)量機(jī)器人。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立信息化處理中心，用有線傳輸?shù)姆绞綄?種方法采集的數(shù)據(jù)傳送至中心，用計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件進(jìn)行分析，如圖1所示。

3 非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容

3.1 靜力水準(zhǔn)儀

3.1.1 靜力水準(zhǔn)儀實(shí)施原理

采用集成原理的形式，使用電容傳感器，監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)器皿內(nèi)液面對(duì)應(yīng)變化，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出各點(diǎn)相對(duì)高程變化。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集及處理

靜力水準(zhǔn)儀通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，監(jiān)測(cè)精度0.2 mm。通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算，形成excel圖表，如圖2所示。

3.2 點(diǎn)式光纖

3.2.1 布拉格光纖光柵（FBG）測(cè)試原理

當(dāng)光波傳輸通過(guò)光纖布拉格光柵時(shí)，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(dāng)布拉格光柵受到外界應(yīng)變（或應(yīng)力）作用時(shí)，光柵周期會(huì)發(fā)生變化，直接或間接地利用應(yīng)變改變光柵中心波長(zhǎng)，如圖3所示，達(dá)到測(cè)試被測(cè)物理量的目的。因此，通過(guò)測(cè)試傳感器的波長(zhǎng)變化，可以獲得相應(yīng)的應(yīng)變和溫度變化值。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集及處理

光纖光柵解調(diào)儀采用美國(guó)MOI公司產(chǎn)SM230-800，如圖4所示。其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)通過(guò)分析軟件分析，形成excel表格，自動(dòng)生成沉降曲線。

3.3 測(cè)量基站及測(cè)量機(jī)器人

3.3.1 測(cè)試原理

通過(guò)設(shè)置基站、基站頂部放置測(cè)量機(jī)器人及飛行禁區(qū)貼反射片的辦法對(duì)飛行禁區(qū)進(jìn)行沉降觀測(cè)。測(cè)量機(jī)器人采用徠卡TCRP1201+，具有自動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，誤差為1 s。經(jīng)過(guò)計(jì)算，關(guān)鍵部位最大誤差可控制在0.7 mm以內(nèi)（距離150 m），最小誤差0.3 mm。

3.3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為確保反光片與飛行禁區(qū)地表粘結(jié)緊密且不受航空器發(fā)動(dòng)機(jī)氣流影響，利用停航時(shí)間，用打磨機(jī)在飛行禁區(qū)地表上打磨，測(cè)點(diǎn)比地表低3 mm，清理干凈，用環(huán)氧樹(shù)脂膠打底，將5 cm×5 cm反光片貼在飛行禁區(qū)地表上，操作和效果圖如圖5和圖6所示。

3.3.3 數(shù)據(jù)采集及處理

徠卡TCRP1201+系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置頻率，對(duì)飛行禁區(qū)進(jìn)行不間斷的掃描，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)測(cè)基站傳送到信息處理中心，專(zhuān)業(yè)軟件處理后形成excel表格，自動(dòng)生成變形曲線。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)三種監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)滿足特定場(chǎng)地情況下的要求，對(duì)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(yīng)用。同時(shí)，非接觸性監(jiān)測(cè)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、無(wú)人值守的特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的不足，極大地提高了監(jiān)測(cè)效率，隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，非接觸性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

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