趙立財(cái)

（天津大學(xué)，天津 300072）

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梁山隧道結(jié)構(gòu)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙立財(cái)

（天津大學(xué)，天津 300072）

摘 要：本文以梁山隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為實(shí)例，設(shè)計(jì)了一套隧道及地下工程的監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS），該系統(tǒng)可以快速全面地捕捉隧道內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、襯砌混凝土應(yīng)力、鋼架應(yīng)力、圍巖土壓力、圍巖水壓力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警發(fā)布，正確地判斷隧道涌水突泥段結(jié)構(gòu)的位移及應(yīng)力變化，實(shí)時(shí)掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的效率得到明顯的提高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：隧道結(jié)構(gòu)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；涌水突泥；監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)

引言

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)隧道施工階段的監(jiān)測(cè)技術(shù)已比較成熟，而對(duì)高速鐵路隧道運(yùn)營(yíng)期間監(jiān)測(cè)工作的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。事實(shí)上，高速鐵路運(yùn)營(yíng)期的隧道監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作，其特點(diǎn)是時(shí)間跨度大、線路長(zhǎng)、測(cè)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大、影響因素復(fù)雜、發(fā)生災(zāi)害后的社會(huì)影響大，因此有必要設(shè)計(jì)一套高效、使用方便的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以應(yīng)用于隧道運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)［1］?？梢岳米詣?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的科學(xué)管理及快速分析，并進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，以保障高速鐵路隧道工程的運(yùn)營(yíng)安全［2］。本文闡述了隧道及地下工程監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS）的組成和設(shè)計(jì)，自動(dòng)采集了梁山隧道6個(gè)月運(yùn)營(yíng)期間的數(shù)據(jù)，分析了該隧道突水涌泥軟弱破碎區(qū)域的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和位移的變化，并對(duì)運(yùn)營(yíng)期間隧道的安全狀況進(jìn)行了初步的分析和評(píng)價(jià)，有效提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的效率與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋的及時(shí)性，取得了較好的效果［3］。

1　工程概況

廈深鐵路梁山隧道全長(zhǎng)9888米，是廈深鐵路福建段的重點(diǎn)工程。該隧道目前共設(shè)進(jìn)口、出口、1#斜井、2#斜井四個(gè)工區(qū)組織施工，1#斜井與正洞交于 DK84+894，2#斜井與正洞交于 DK89+ 403。其中 1#斜井進(jìn)正洞 DK85+244～DK85+505附近發(fā)生了兩次較大規(guī)模的突水涌泥，總涌泥量約2萬(wàn)方，同時(shí)地表也發(fā)生了漏斗形塌陷，加深約15m。涌泥及地表塌陷發(fā)生后，經(jīng)物探及鉆探顯示軟弱帶長(zhǎng)度約25m。隨后突水涌泥段軟弱層被進(jìn)行了全斷面的注漿以及大管棚的加固，采用的是Ⅴ級(jí)特殊加強(qiáng)的雙層襯砌（二次襯砌厚80cm、三次襯砌厚50cm），初期支護(hù)采用的C25纖維砼厚度達(dá)35m，并設(shè)置了全環(huán)I25a型鋼鋼架的加強(qiáng)支護(hù)。圖 1為梁山隧道線路的平面示意圖，圖 2為梁山隧道突水涌泥段支護(hù)結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。

圖2　梁山隧道涌水段支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面示意圖

2　自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的

根據(jù)廈深鐵路梁山隧道涌水突泥段的設(shè)計(jì)、施工情況，本次監(jiān)測(cè)重點(diǎn)針對(duì)梁山隧道 261m涌水突泥軟弱破碎區(qū)域正洞支護(hù)結(jié)構(gòu)，計(jì)劃在運(yùn)營(yíng)期間采用TGMIS系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行洞內(nèi)監(jiān)測(cè)。TGMIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了隧道監(jiān)控量測(cè)的自動(dòng)化、數(shù)字化和信息化，在不影響列車運(yùn)營(yíng)的情況下，為運(yùn)營(yíng)管理部門測(cè)試隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力、襯砌的滲水壓力及變形特性，為列車的安全運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航［4］。

2.2 測(cè)試斷面的布置及測(cè)試方法

本次監(jiān)測(cè)主要針對(duì)洞內(nèi)261m的區(qū)域（DK84+ 894～DK85+505），在這一突水涌泥的軟弱破碎區(qū)域，每10m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，分別位于DK84+ 894、DK85+004、DK85+014、DK85+024、DK85+ 034等里程。實(shí)際施工中，利用每個(gè)斷面的元器件位置和數(shù)量，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行埋設(shè)，依次設(shè)置了26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)斷面設(shè)有兩個(gè)傳感器，元器件的傳輸纜線被綁扎在鋼筋上，集中在每個(gè)斷面的傳感器處。傳感器位于墻腳線上1～2m處，利用 3G卡專用線纜將兩側(cè)傳感器匯集到數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。隧道突水涌泥區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)內(nèi)容如表1所示，相應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)斷面?zhèn)鞲衅鞑贾靡妶D3、圖4所示。

3　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及數(shù)據(jù)采集

梁山隧道運(yùn)營(yíng)期采用隧道及地下工程監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS）進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集和分析，TGMIS系統(tǒng)是針對(duì)大量隧道變形監(jiān)測(cè)需求而開發(fā)的一種簡(jiǎn)便、高精度的自動(dòng)隧道變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一套集計(jì)算機(jī)、信息采集處理、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)通信基站等技術(shù)為一體的安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)。TGMIS系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)感知部分（各監(jiān)測(cè)指標(biāo)各類型傳感器）、數(shù)據(jù)采集部分（采集單元）、數(shù)據(jù)傳輸部分（有線、無(wú)線）、控制分析部分（監(jiān)控中心軟件、顯示）組成。TGMIS的組成及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)如圖5所示。

表1　隧道突水涌泥區(qū)域的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

圖3　正洞支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)傳感器的布置斷面

圖4　正洞支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置模型圖

TGMIS系統(tǒng)可以對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)、繪圖，方便用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、查詢，可對(duì)鐵路營(yíng)運(yùn)中隧道結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)監(jiān)測(cè)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析及預(yù)警功能，可為施工或營(yíng)運(yùn)安全提供有效的保障。施工時(shí)，要在TGMIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)相應(yīng)的傳感器和測(cè)試儀，并將其與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集儀相連以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線連接有洞口采集中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及多個(gè)采集儀。傳感器連接的預(yù)埋光纜以及光纖傳感器最終會(huì)接入總光纜中。數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀傳至洞口采集中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，而后經(jīng)移動(dòng)基站網(wǎng)絡(luò)發(fā)布至數(shù)據(jù)管理主控室的服務(wù)器，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)化的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)期間隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力及變化特征的長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

圖5　監(jiān)測(cè)組成及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)（TGMIS）示意圖

4　TGMIS 監(jiān)測(cè)軟件的處理系統(tǒng)

TGMIS監(jiān)測(cè)軟件處理系統(tǒng)采用Windows7作為操作平臺(tái)，系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程為：首先，按照系統(tǒng)軟件中數(shù)據(jù)表的字段格式對(duì)隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、命名和歸類，并根據(jù)實(shí)際情況確定測(cè)點(diǎn)屬性值，將整理后的測(cè)段信息與測(cè)點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)錄入軟件數(shù)據(jù)庫(kù)；然后，通過(guò)系統(tǒng)的接口程序從外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)將各期原始觀測(cè)資料傳至監(jiān)測(cè)中心的計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)會(huì)啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)分析后滿足要求的量測(cè)數(shù)據(jù)錄入軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)超出警戒值的數(shù)據(jù)給出預(yù)警信息，以便及時(shí)掌握梁山隧道運(yùn)營(yíng)期間突水涌泥區(qū)域支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況［5］。

5　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入與處理

5.1 隧道概況錄入

隧道概況包括隧道名稱、結(jié)構(gòu)類型、進(jìn)出口里程、隧道概況、大事記等，進(jìn)一步的資料包括勘察設(shè)計(jì)（幾何線形、斷面信息、圍巖分極、初支厚度、二襯厚度、預(yù)留變形等）與施工信息（監(jiān)測(cè)器埋設(shè)位置等），以便TGMIS 系統(tǒng)分析使用。隧道概況錄入后形成的綜合預(yù)警狀態(tài)模擬如圖6所示。

5.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

首先直接在程序界面上的相應(yīng)空格中填入數(shù)據(jù)值，實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)錄入；而后將文本數(shù)據(jù)格式或者EXCEL格式的數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)自動(dòng)導(dǎo)入。添加數(shù)據(jù)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示已添加的數(shù)據(jù)和添加后數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)信息，添加完成后可以將已添加的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 EXCEL中進(jìn)行編輯、打印。在錄入添加之前可將所要錄入添加的數(shù)據(jù)按照預(yù)定的格式存儲(chǔ)在EXCEL中，隨后便可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖6　隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)綜合預(yù)警狀態(tài)模擬圖

圖7　TGMIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理畫面

5.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析處理

運(yùn)用監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)，通過(guò)隧道及地下工程監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)收集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理，待現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 EXCEL后，便按照應(yīng)用程序操作軟件界面對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和分析，自動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析并輸出位移——時(shí)間關(guān)系圖與應(yīng)變——時(shí)間關(guān)系圖，預(yù)測(cè)最終值，并與控制基準(zhǔn)（警戒值）進(jìn)行比較后判斷穩(wěn)定性，最后自動(dòng)生成報(bào)告并直接向設(shè)定的郵箱發(fā)放。TGMIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理畫面如圖7所示。

6　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

梁山隧道竣工后便開始了運(yùn)營(yíng)期的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至隧道及地下工程監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS）的中心計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)后，便通過(guò) TGMIS系統(tǒng)處理程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理。自2010年6月梁山隧道TGMIS系統(tǒng)安裝完畢至今，經(jīng)歷了6年的監(jiān)測(cè)時(shí)間，收集到了大量數(shù)據(jù)。本文選取DK84+974斷面30天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為本次TGMIS系統(tǒng)分析對(duì)象，根據(jù)實(shí)測(cè)累計(jì)變形及應(yīng)變值繪制各變形時(shí)程曲線圖，并根據(jù)各斷面的時(shí)程曲線圖對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與穩(wěn)定情況進(jìn)行分析。

6.1 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

隧道運(yùn)營(yíng)期間襯砌位移量測(cè)采用多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行，在三次襯砌安裝位移計(jì)時(shí)，首先在選測(cè)面上的選測(cè)點(diǎn)進(jìn)行打鉆，要求鉆孔軸線與隧道洞壁垂直，以保證量測(cè)的準(zhǔn)確性。梁山隧道運(yùn)營(yíng)期間支護(hù)結(jié)構(gòu)DK84+974斷面位移——時(shí)間曲線分析如圖8所示。

圖8　梁山隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)位移——時(shí)間曲線

圖8數(shù)據(jù)顯示，隧道運(yùn)營(yíng)后第15天內(nèi)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生位移量較大，在第20天之后逐步趨于穩(wěn)定，前15天發(fā)生位移量達(dá)到30天內(nèi)總沉降的85%以上，第25天之后位移量很少，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。DK84+974斷面77#拱頂測(cè)點(diǎn)位移量最大，最大沉降量為13.86mm，位移值處在警戒值范圍內(nèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力影響不大，處于安全狀態(tài)。

6.2 隧道襯砌混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

分別在 DK84+974斷面拱頂、兩側(cè)拱腳邊墻三個(gè)部位的二次、三次襯砌內(nèi)埋設(shè)多通道振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)，用以監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)期間涌水突泥區(qū)域內(nèi)二襯混凝土的力學(xué)狀態(tài)變化。梁山隧道運(yùn)營(yíng)期間二、三次襯砌混凝土累計(jì)應(yīng)力——時(shí)間曲線如圖9、圖10所示。

圖9　二襯混凝土應(yīng)力累計(jì)——時(shí)間曲線圖

圖10　三襯混凝土應(yīng)力累計(jì)——時(shí)間曲線圖

圖9、圖10數(shù)據(jù)顯示，二、三次襯砌左側(cè)拱腳混凝土內(nèi)應(yīng)力都不大，且10天后均趨于穩(wěn)定狀態(tài)。二次襯砌右側(cè)拱腰處混凝土在第8天產(chǎn)生的應(yīng)力最大，應(yīng)力值為4.6Mpa，應(yīng)力值處在警戒值范圍內(nèi)；第11天之后該點(diǎn)的應(yīng)力趨于穩(wěn)定未出現(xiàn)波動(dòng)，而三次襯砌拱頂處出現(xiàn)小幅度波動(dòng)后也趨于穩(wěn)定，應(yīng)力值為2MPa。這說(shuō)明上部荷載主要由初期支護(hù)來(lái)承擔(dān)，且圍巖發(fā)揮自承能力，支護(hù)結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.3 鋼架應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

分別在 DK84+974斷面初期支護(hù)內(nèi)拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)拱腳五個(gè)部位埋設(shè)鋼弦式應(yīng)變計(jì)，用以監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)中鋼架應(yīng)力狀態(tài)變化，其中正值（+）為壓應(yīng)力，負(fù)值（-）為拉應(yīng)力。鋼架監(jiān)測(cè)累計(jì)應(yīng)力——時(shí)間曲線如圖11所示。

圖11　鋼架監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)力——時(shí)間曲線

圖11數(shù)據(jù)顯示，鋼架所承受應(yīng)力均為壓應(yīng)力，其前期應(yīng)力增長(zhǎng)較快，15天就達(dá)到36.5Mpa，達(dá)到總應(yīng)力的 90%以上，隨后鋼架的應(yīng)力進(jìn)入穩(wěn)定階段，初期鋼架最大應(yīng)力發(fā)生在拱頂部位，應(yīng)力值為41.07Mpa，應(yīng)力值處在警戒值范圍內(nèi)；可見鋼拱架承擔(dān)了較大的圍巖初始釋放壓力，全環(huán)鋼架受力并未受到圍巖的擠壓影響，能有效地約束圍巖早期的快速變形，在初期支護(hù)中起到較大的作用，鋼架支護(hù)結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

6.4 圍巖土壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

分別在 DK84+974斷面拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)拱腳五個(gè)部位圍巖與鋼架間埋設(shè)接觸式壓力盒，用以監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)中圍巖壓力的變化。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)壓力——時(shí)間曲線如圖12所示。

圖12數(shù)據(jù)顯示，圍巖體內(nèi)土壓力與鋼架應(yīng)力變化規(guī)律基本一致。10天內(nèi)圍巖體內(nèi)土壓力增長(zhǎng)很快，右側(cè)拱腰位移量相對(duì)較大，最大土壓力值為 0.68Mpa，此時(shí) 5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圍巖土壓力值達(dá)到總位移的80%以上。10天之后鋼架與圍巖間接觸壓力波動(dòng)幅度不大，圍巖的松動(dòng)產(chǎn)生的土壓力均較小，鋼架以承受軸向壓力為主，待15日之后完全穩(wěn)定，處于安全范圍。

6.5 圍巖水壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

分別在 DK84+974斷面兩側(cè)拱腳兩個(gè)部位的初期支護(hù)找平層與圍巖之間埋設(shè)振弦式滲水壓力計(jì)，用以監(jiān)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)期間水壓力變化。水壓力——時(shí)間曲線變化如圖13所示。

圖12　圍巖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)土壓力——時(shí)間曲線

圖13　圍巖水壓力應(yīng)力——時(shí)間曲線

圖13數(shù)據(jù)顯示，圍巖水壓力在前2天內(nèi)增長(zhǎng)較快，第3天左側(cè)拱腳處圍巖水壓力達(dá)到2.2Mpa，右側(cè)拱腳圍巖水壓力達(dá)到1.75Mpa，6天之后圍巖水壓力處于遞減趨勢(shì)，到15天后水壓力趨于零呈水平穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后右側(cè)拱腳的水壓力值為0.3MPa、左側(cè)拱腳的應(yīng)力值為0.6MPa，圍巖水壓力值均處在警戒值范圍內(nèi)。說(shuō)明由圍巖裂隙滴水狀態(tài)變?yōu)樯倭繚B水狀態(tài)，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)影響，處于安全狀態(tài)。

6.6 監(jiān)測(cè)警戒值設(shè)置原則

預(yù)（報(bào)）警信息的發(fā)布由人工發(fā)布和計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)布相結(jié)合組成，計(jì)算機(jī)自動(dòng)預(yù)警是根據(jù)不同測(cè)點(diǎn)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值或閾值結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的自動(dòng)預(yù)警功能。本工程監(jiān)測(cè)中，每一測(cè)試項(xiàng)目都應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的實(shí)際情況，事先確定相應(yīng)的警戒值，以判定是否超出允許的范圍，判斷工程施工是否可靠，是否需調(diào)整施工部署和優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案。一般情況下，每個(gè)警戒值均由兩部分控制，即總允許變化量和單位時(shí)間內(nèi)允許的變化量。其警戒值設(shè)定原則為：a. 滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，不可超出設(shè)計(jì)值；b. 滿足測(cè)試對(duì)象的安全要求，達(dá)到保護(hù)目的；c. 滿足各保護(hù)對(duì)象的主管部門提出的要求；d. 滿足鐵路與公路現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范要求。

6.7 警戒值的確定

根據(jù)以上的原則，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，對(duì)該工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目提出了以下警戒值。

（1）襯砌結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)累計(jì)最大位移≤20mm，監(jiān)測(cè)警戒值為15mm；

（2）初期支護(hù)鋼架累計(jì)應(yīng)力控制值為50MPa，二、三次襯砌混凝土累計(jì)應(yīng)力控制值為5Mpa，二次襯砌鋼筋應(yīng)力控制值為 10Mpa，鋼架、襯砌、襯砌鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)警戒值分別為 0.7倍累計(jì)應(yīng)力控制值；

（3）圍巖水壓力控制值為4.5MPa，圍巖土壓力控制值為1.0Mpa，圍巖水壓力與土壓力監(jiān)測(cè)警戒值為0.7倍控制值。

7　結(jié)論

本文在研究隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用隧道及地下工程監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)（TGMIS）對(duì)廈深鐵路運(yùn)營(yíng)期間梁山隧道涌水突泥段支護(hù)體系的健康監(jiān)測(cè)進(jìn)行了嘗試，該系統(tǒng)應(yīng)用情況良好，得出的結(jié)論如下：

（1）該系統(tǒng)能夠快速全面地捕捉隧道內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、襯砌混凝土應(yīng)力、鋼架應(yīng)力、圍巖土壓力、圍巖水壓力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警發(fā)布，實(shí)時(shí)掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力等。

（2）該系統(tǒng)是一套集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、處理、報(bào)警自動(dòng)生成為一體的自動(dòng)化收集及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)期間每天可出一份報(bào)告，如遇特殊問(wèn)題，可縮短報(bào)告時(shí)間；正常使用期間，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，定期出結(jié)構(gòu)健康報(bào)告，能夠?qū)崟r(shí)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為隧道運(yùn)營(yíng)期間安全提供重要保障。

（3）選用該系統(tǒng)可使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理的效率得到明顯的提高，數(shù)據(jù)處理分析由原有手工所需的7天縮短至1天。

（4）通過(guò)監(jiān)測(cè)分析可知，DK84+974斷面拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)拱腳部位支護(hù)體系的應(yīng)力變化值均在警戒值范圍內(nèi)，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均比較小且處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）該系統(tǒng)可以幫助涌水突泥隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)支護(hù)體系健康情況，從而及時(shí)掌握隧道結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)期間的安全狀況，可以對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)管理人員進(jìn)行及時(shí)的提醒、警告和預(yù)警，以保證對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)的安全控制，保證鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］ 郭曉程， 賀智宏. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在施工隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2013（19）： 76-77.

［2］ 喬志超， 周建春. 隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用［J］. 工程勘察， 2013（04）： 77-81.

［3］ 鄧顯威. 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營(yíng)隧道中的應(yīng)用［J］. 建筑安全， 2012（07）： 70-72.

［4］ 張其云， 鄭宜楓. 運(yùn)營(yíng)中地鐵隧道變形的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法［J］. 城市道橋與防洪， 2005（07）： 87-89.

［5］ 黃騰， 李桂華， 孫景領(lǐng)， 岳榮花. 地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］. 測(cè)繪工程， 2006（6）：1-3.

DOI：10.3724/SP.J.1224.2016.00269

中圖分類號(hào)：U45

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-4969（2016）03-0269-08

收稿日期：2016-04-07； 修回日期： 2016-05-03

作者簡(jiǎn)介：趙立財(cái)（1985-），男，博士研究生，工程師，主要從事能源與環(huán)保領(lǐng)域技術(shù)研究工作。E-mail： zhaolicai@tju.edu.cn

Design and Application of Automatic Monitoring System for Liangshan Tunnel Structure

Zhao Licai
（Tianjin University， Tianjin 300072， China）

Abstract:A tunnel and underground engineering system of monitoring information system （TGMIS） has been designed by taking Liangshan tunnel structure monitoring system as an example in this article. The system can quickly and comprehensively capture tunnel support deformation of supporting structure， concrete lining stress，steel stress， surrounding rock pressure， rock water pressure， secondary lining reinforced stress and other monitoring data. And the monitoring results of real-time statistical analysis and forewarning information can be published to properly determine the tunnel water and mud gushing section structure displacement and stress variation to real-time understanding of the stability of surrounding rock and load capacity of the supporting structure. The efficiency of monitoring data management has been significantly improved， and has broad application prospects.

Keywords:tunnel structure； automatic monitoring； water gushing； TGMIS