隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)*

趙 靚

(山西云時(shí)代技術(shù)有限公司，山西 太原 030600)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口規(guī)模急劇擴(kuò)大，隨之而來(lái)的城市交通擁堵問(wèn)題也日益加重，為了解決出行困難，緩解交通壓力，在建設(shè)高速公路的同時(shí)，隧道建設(shè)也加入其中。在此背景下，隧道建設(shè)過(guò)程中的安全問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。建設(shè)期安全監(jiān)控管理失效所造成的事故后果非常嚴(yán)重[1]。隧道安全監(jiān)測(cè)運(yùn)用傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)管控方式存在著一定的局限性，人為影響因素較大且實(shí)時(shí)性較差，一旦出現(xiàn)事故代價(jià)便是慘痛的。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效解決由于監(jiān)控人員疲憊或工作疏忽導(dǎo)致的監(jiān)控不及時(shí)等問(wèn)題。借助現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的不斷深入，世界各國(guó)對(duì)地下施工安全監(jiān)測(cè)預(yù)警的認(rèn)識(shí)和處置不斷加強(qiáng)[2,3]。

結(jié)合我省當(dāng)前軌道交通及高速公路建設(shè)情況，圍繞安全山西、平安山西建設(shè)，在安全生產(chǎn)、信息安全等方向開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，用科技力量堅(jiān)守施工建設(shè)安全，在交通安全監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方面展開研發(fā)，開展將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的研究，建立一套涵蓋建設(shè)期的動(dòng)態(tài)無(wú)線自動(dòng)化位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道相關(guān)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，確保施工過(guò)程中工程結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，運(yùn)用高性能、小型化和智能化傳感器，可以有效檢測(cè)位移、裂縫等不易被人工肉眼察覺(jué)的變形等問(wèn)題。在施工早期，對(duì)位移或裂縫發(fā)生的初期進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，能夠盡早地對(duì)問(wèn)題采取應(yīng)對(duì)策略，防止未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果。通過(guò)利用不同類型的傳感器設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)感知。將接收到的物理量轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娦盘?hào)，為信息傳輸做準(zhǔn)備。建立一套涵蓋建設(shè)期的無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)多種信息的自動(dòng)化采集監(jiān)測(cè)，提升監(jiān)測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化水平。采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入由Java與oracle編碼完成的后端平臺(tái)展示輸出。圖1所示為系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 技術(shù)關(guān)鍵

系統(tǒng)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)布置在現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)備，采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳回后端控制平臺(tái)。后端平臺(tái)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。系統(tǒng)可接入上百個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為系統(tǒng)二次開發(fā)提前預(yù)留接口。本設(shè)計(jì)可檢測(cè)目標(biāo)主要包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)、支撐軸力在線監(jiān)測(cè)、地下水位在線監(jiān)測(cè)等。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)：位移變形主要與自然條件和建筑物結(jié)構(gòu)有關(guān)。施工期間必須及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降、變形觀測(cè)，確保其安全施工。在施工現(xiàn)場(chǎng)，每間隔一段距離布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)設(shè)備為全自動(dòng)全站儀及配套棱鏡組[4]。圖2為全自動(dòng)全站儀。

圖2 全自動(dòng)全站儀

沉降監(jiān)測(cè)：沉降監(jiān)測(cè)采用電子水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)。另外沉降監(jiān)測(cè)還包括對(duì)周邊管線的沉降監(jiān)測(cè)，確保隧道施工過(guò)程中地下管線的變形在安全運(yùn)行允許的范圍之內(nèi)[5]。

支撐軸力在線監(jiān)測(cè)：隨著隧道施工情況的變化，通過(guò)支撐軸力監(jiān)測(cè)，可及時(shí)了解支撐受力情況，判斷支撐體系穩(wěn)定安全情況，及時(shí)指導(dǎo)施工程序[6]。

地下水位在線監(jiān)測(cè)：由傳感器主體、氣壓補(bǔ)償計(jì)、通訊數(shù)據(jù)線、固定套環(huán)等部件組成。適用于測(cè)量地下水位的變化，可通過(guò)直接掛接系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。氣壓補(bǔ)償計(jì)可補(bǔ)償由大氣壓的變化所引起的誤差。圖3所示為滲壓計(jì)。

圖3 滲壓計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)

安全監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)采用B/S體系結(jié)構(gòu)，設(shè)置服務(wù)器服務(wù)端及工作站客戶端。各自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)感知、無(wú)線傳輸將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)端根據(jù)客戶端請(qǐng)求提供對(duì)數(shù)據(jù)查詢、修改等管理功能的響應(yīng)。客戶端向用戶展示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提供操作入口。另外，軟件系統(tǒng)可根據(jù)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供預(yù)警功能，保證施工過(guò)程各關(guān)鍵數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及分級(jí)預(yù)警提醒。圖4是人員管理界面圖。圖5是工程資料管理界面圖。

圖4 人員管理界面圖

圖5 工程資料管理界面圖

4 總結(jié)

本研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備采集目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)信息，替代傳統(tǒng)的人工檢測(cè)為主的方法，大大提高了監(jiān)測(cè)過(guò)程中的自動(dòng)化水平，最大限度地減少了人為因素的影響，提高了監(jiān)測(cè)方法的信息化程度，保護(hù)了隧道內(nèi)施工人員與公共財(cái)產(chǎn)安全，具有重要的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。