隧道信息化远程实时监控技术范文

摘要

首先介绍了监控量测信息化远程实时监控系统组成及其工作流程;然后以成贵铁路高风险隧道中的老房子隧道监控量测为依托，系统阐述了信息化远程实时监控系统工作方法以及现场操作步骤，实现了隧道监控量测信息化基于互联网平台远程实时监控功能，对使用过程中发现一些问题，提出措施及时解决;最后总结了该技术在实施过程中应注意的事项。

关键词

高风险铁路隧道；监控量测；APP平台；工作流程；现场实施

1概述

新建成贵铁路CGZQSG-8标段老房子隧道位于四川省宜宾市兴文县麒麟乡境内，全长6423m，起止里程D4K248+323～D4K254+746，按客运专线双线隧道设计，线间距为4．6m，设计时速为250km。中铁十六局承担老房子隧道进口工区正洞及平导施工，进口工区正洞位于半径R=7000m的右偏曲线上，线路坡度为20‰上坡，起止里程D4K248+323～D4K252+465，全长4142m。隧道于D4K248+317～D4K252+025段线路前进方向右侧35m设置平导1座，长3696m，平导内共设9个横通道与主洞相连。隧道主要穿越地层岩性为砂岩、泥岩、泥质砂岩夹炭质页岩和煤层及灰岩、白云岩和页岩，为高瓦斯隧道，隧道初始风险等级评定为“高度”。该隧道是成贵铁路高风险隧道之一，不良地质主要有岩溶、围岩变形、有毒有害气体、岩堆和顺层、断层破碎带及危岩落石。成贵铁路大部分隧道设计为双线宽体隧道，横向跨度较大，若采用传统的接触量测方法对隧道进行净空收敛和拱顶下沉的监测，不仅效率低而且精度差，有时甚至无法实现。因此，成贵铁路客专公司要求全线隧道监控量测必须使用信息化远程监控新技术，这是基于全站仪自由测站［1］及互联网平台的非接触量测方法即实现信息化远程实时监控技术［2］。

2远程实时监控系统简介

2．1系统组成(1)基础数据采集系统:测量人员、全站仪、断面观测点、测量数据存储。(2)数据信息传输系统:手持传输设备或智能手机、施工检测信息管理平台APP。(3)数据信息统计及分析系统:网络、施工检测信息管理平台APP、电脑或智能手机。(4)客户端数据查询及报警系统:数据库服务器、施工检测信息管理平台APP、电脑或智能手机。

2．2手机APP应用程序主要功能简介(1)下载信息模块:从服务器将电脑客户端所建立断面基本信息，更新到手机APP里。(2)监控量测模块:同步显示全站仪现场测量全过程，确认数据无误后，保存数据。(3)上传数据模块:将保存的观测数据上传至服务器，服务器开始处理数据。(4)今日预警模块:查询本标段所有隧道今天观测点预警统计。(5)条件查询功能:分为量测断面数据查询和预警查询。(6)特别关注模块:设置重点关注的隧道量测断面，是对条件查询功能的一个细化，不必每次都要按条件查询每一个断面，更快捷方便。

2．3系统优点(1)确保测量数据的真实性。(2)快速测量、快速反馈量测结果，快速报警。(3)自动化程度较高，信息直观化。(4)专业技术人员、项目部管理人员、业主单位和监理单位都能随时随地掌握隧道围岩变形情况，隧道施工的整体安全系数得到显著提高。

2．4实施方案在隧道净空收敛和拱顶下沉量测中，测点采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上，将预埋件埋入隧道围岩，并使贴有反射膜片的一面朝向隧道出口，使其面向隧道中线;将全站仪置于隧道中线附近适当位置，采用极坐标测量法，直接对不同断面上的各监测点标志进行观测，精确照准反射膜片和接收到反射信号，获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标［3］;通过设备传输系统上传到互联网平台，即隧道施工监测信息管理平台系统自动进行数据分析［4］，即利用各监测点的空间三维坐标，间接计算得到同一断面上各监测点间的相对位置关系，并通过比较不同监测周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道施工期间的围岩净空收敛及拱顶下沉变化量，并预警信息，该系统通过用户终端进行查询，并有短信报警功能［5］。

2．5工作流程及内容

2．5．1工作流程

2．5．2工作流程说明(1)在电脑客户端增加断面工程树，并上传到云端服务器。(2)通过蓝牙将手机与全站仪连接，并观测断面，确认数据无误后上传至服务器。(3)在电脑或手机上登录隧道施工检测信息管理平台可以进行数据查询，平台自动比对进行分析，提供短信预警信息。(4)将服务器中的断面信息下载至手机当中，以便使用。(5)无预警则正常施工，并继续观测。(6)出现红黄色预警时，按级别采取处理措施。安全等级及处理措施见表1。

3信息化监控技术现场应用

3．1资源配备

3．1．1人员配备项目部成立监控量测小组，项目总工任组长，测量队队长和工程部部长任副组长，专职测量员3人。3．1．2仪器配备老房子隧道为高瓦斯隧道。仪器的配备严格按照《铁路瓦斯隧道技术规范》［6］和监理工程师审批后的施工组织设计［7］中监控量测方案进行配备［8］。仪器配置见表2。

3．2老房子隧道监控量测

3．2．1监控量测断面选择老房子隧道D4K249+440～D4K249+900为Ⅳ级围岩，深埋，岩性以砂岩地层含煤层为主，岩层平缓，其浸水易软化，岩性软，施工开挖洞顶易发生坍塌，采用三台阶法施工，选择D4K249+610为代表性监控量测断面［9］。(1)埋设时间选择:开挖完成后，初期支护施工前在同一断面埋设拱顶和拱腰量测点。(2)测点埋设:采用22螺纹钢，一端用切割机削成斜面，贴上反光膜，另一端埋入围岩深度40～45cm。(3)初始观测时间:测点埋设完成后立即进行初始观测，然后按量测规范要求频次进行观测。

3．2．2断面信息建立(1)成贵铁路隧道施工监测信息管理平台是中铁西南科学研究院在前期开发的隧道施工监测信息管理软件基础上升级的V3．0版。主要功能有数据分析、预警信息查询、预警信息处理、预警短信等。(2)登录成贵铁路隧道施工监测信息管理平台，在已经建成全线隧道名称中找到老房子隧道，建立观测断面信息，并按围岩级别设置量测变形极限值，完善断面其余信息(监测人，建立断面时间信息等)。(3)手机通过扫描二维码安装成贵铁路隧道施工监测信息管理平台APP。

3．2．3量测数据上传及分析(1)将全站仪蓝牙和手机蓝牙匹配后，通过全站仪免棱镜观测的方式取得数据，在手机APP上查看无误后，上传观测记录到云端服务器，服务器自行分析对比数据，反馈量测结果到软件终端。(2)断面统计信息由软件自动生成，最近观测时间、本次差值、累计差值一目了然，方便断面管理工作［10］。(3)断面量测信息分析见图2和图3。通过断面分析曲线图，我们可以看出:①断面初始量测，沉降量直线下降;②下台阶施工后有小幅抬升，虽又开始下沉，但已经趋于缓和，在沉降趋势线附近浮动;③仰拱施工时又有一个幅度较大的沉降，施工完成后小幅抬升，总体结果是呈稳定趋势［11］。这个断面在观测期间由于观测时间较长，累计沉降量超过了累计限差的1/3，出现了一次黄色预警，我们收到预警信息后，立即加强了观测频率，在明确数据的沉降速率是稳定可靠的情况后，及时上传新测的数据，系统根据后期数据判断稳定后自动取消了预警［12］。

3．2．4数据查询、分析及处理(1)手机客户端信息查询。只要手机有网络，相关责任人就可以通过手机客户端实时了解老房子隧道监控量测数据的变化。(2)客户端预警并短信报警。如果出现预警信息，云端服务器会立即推送预警信息，给相关单位负责人和专业人员发送预警短信，不需人为介入，减少中间不必要的繁琐，更加快捷、科学。(3)预警信息处理。根据预警安全等级采取相应的处理措施，并按各级别处理权限在规定时效内完成。

3．2．5发现问题及处理措施实际操作过程中，总会伴随着一些小问题产生，我们在现场量测过程中及时采取措施进行处理。(1)点位污染问题的解决。按照监控量测实施细则要求埋入围岩的量测桩外端应为钢筋的斜切面，但在实际操作过程中发现，点位总是被喷锚料或放炮炸飞泥浆污染，不利于点位保护。因此对量测桩做了改进，在钢筋的外端焊接一小块角钢，一端贴反光膜，一端朝外防止点位被污染。(2)假预警的处理方法。截止目前，产生假预警的情况均为错误数据导致，分两种情况:①初始测量数据上传了错误数据，或者是手机客户端数据归零时出错，需要填写“预警处理申请表”，按照表格要求填写好相关资料后发给建设单位主管负责人，他们审批后，量测处理平台的专业工程师按批示意见进行处理，取消预警。②由于本次上传数据错误所导致的假预警，现场再测一次正确的数据传上去，这个假预警就会自动取消，不用处理。(3)观测断面建立时间问题。项目部网络较差，刚开始提前建立很多断面，实际量测进度滞后，在终端查询时显示很多断面没有数据，误认为测点埋设后没有及时测量。处理措施:少量设置观测断面，但要注意在设置后，一定填上预测时间，批量建立断面不要超过5个，因为手机下载后断面太多容易误选断面。

3．2．6注意事项(1)观测时间选择在拼装钢架或出碴后1h进行，观测期间停止干扰观测的施工工序。(2)仪器进入洞内后开箱适应洞内温度20min，修正温度和气象参数。检查全站仪与手机的蓝牙连接是否正常。(3)用激光指向监控标志，观测时用防爆型强光电筒对监控标志进行照明，以利于仪器精确照准反射膜片的十字中心。(4)数据采集上传前必须进行数据复核，准确无误后上传，避免出现假性预警。现场量测至上传网络服务器时间不得超过3h。(5)当量测点位被施工干扰破坏后，应尽早归零断面数据，确认正常后重新开始量测。(6)建立数据换手复核审查制度，保证量测小组测量数据的准确性和真实性。

4结束语

隧道施工监控量测信息化系统实现了集“现场数据采集、自动分析处理、及时预警、远程监控”等功能于一体，满足监管人员和监测人员不同工作需求。监控量测信息化将隧道施工变形监测转化为一个相对智能化、标准化、实时化的流程系统，为将来隧道信息化施工必不可少的重要内容。

参考文献

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［4］王建宇．隧道工程监测和信息化设计原理［M］．北京:中国铁道出版社，1990:1－4．

［5］武胜林，邓洪亮，陈凯江，等．隧道监控量测自动预警管理系统及其应用［J］．测绘通报，2013(6):68－70．

［6］中华人民共和国铁道部．铁路瓦斯隧道技术规范［S］．北京:中国铁道出版社，2002:13－14．

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［8］雷升祥．瓦斯隧道施工技术与管理［M］．长春:吉林人民出版社，2010:36－38．

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［10］李长青．隧道监测数据信息化技术及应用研究［J］．测绘通报，2015(6):75－78．

［11］中华人民共和国铁道部．高速铁路隧道工程施工质量验收标准［S］．北京:中国铁道出版社，2010:67－68．

［12］中华人民共和国铁道部．TZ204－2008铁路隧道工程施工技术指南［S］．北京:中国铁道出版社，2008:40－42．.

作者：张俊兴 单位：中铁十六局集团有限公司