CN108825304A - 一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，系统包括：振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；钢筋应力计，布置在混凝土管片内；应变计，埋设在混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的混凝土管片的开合度；振弦式液位传感器，其测量测点与参照点的高程的变化；埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。
Description
技术领域
本公开一般涉及岩土工程监测领域，具体涉及一种强荷载作用下变形敏感区地铁盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统。
背景技术
下穿高铁的地铁盾构隧道施工过程中，对地层的变形控制要求极高。小半径叠落隧道下穿高铁工程存在多风险源，对地层稳定控制与施工过程优化提出严峻考验。同时，监控量测与支承结构长期健康评估是现代地铁隧道信息化施工中必不可少的重要组成部分。
半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道安全是施工期和长期稳定关注的重点，这个区段的隧道容易发生管片受载过大，造成管片内力增加，出现管片变形甚至管片错台等不均匀沉降现象。
目前通常只是针对具体的某种监测量，如管片荷载、管片变形进行监测，很少针对管片开展综合性的监测评价，而且难于做到实时监测、自动采集。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种强荷载作用下变形敏感区地铁盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统。
第一方面，本申请实施例提供了一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，包括：
振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；
渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；
钢筋应力计，布置在混凝土管片内，用以长期监测混凝土管片内的钢筋的应力，所述钢筋计与待测钢筋的直径相匹配，所述混凝土管片内设有用以监测安装位置环境温度的温度传感器；
应变计，埋设在所述混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；
振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的所述混凝土管片的开合度；
振弦式液位传感器，其由若干含有液位传感器的容器组成，所述容器包括参照点容器和测点容器，所述参照点容器安装在参照点位置，所述测点容器与所述参照点容器的标高不同，通过测量所述参照点容器和所述测点容器的液位变化，测量测点与参照点的高程的变化；
埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；
数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。
在本申请的某些实施例中，隧道的每个监测断面均设置4-6个土压力测点、钢筋应力测点、和混凝土应变测点。
进一步的，每个所述钢筋应力测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述钢筋应力计。每个所述混凝土应变测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述应变计。
在本申请的某些实施例中，所述土压力计固定在盾构管片的钢筋笼上，每个所述土压力测点上安装所述土压力计。
在本申请的某些实施例中，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用振弦式传感器，并根据下式获得相应测量值：
式中：
A——测量值；
K——传感器的标定系数（με/Hz2）；
fi——传感器实时测量值（Hz）；
f0——传感器的初始测量值（Hz）；
f——温度修正系数（με/℃）；
Ti——传感器实时温度值（℃）；
T0——传感器的初始温度值（℃）。
进一步的，所述渗压计采用连接有四芯屏蔽电缆的振弦式渗压计，所述应变计采用专用屏蔽线缆的振弦式应变计。
在本申请的某些实施例中，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用光纤光栅式传感器，并根据下式获得相应测量值：
E=k 1(λ-λ 0)+B 1(λ t1-λ t0)+ k 2(λ-λ 0)2+B 2(λ t1-λ t0)2+C+α(S-S 0)
式中E为被测值，k1、k2为一次及二次波长系数，B1、B2为一次温度、二次温度影响系数，λ为测量波长值，λ0、λt0为波长初始值，C为常数项，S、S0为水压计的外界大气压力，α为压强修正系数。
在本申请的某些实施例中，所述渗压计采用铠装光纤光栅式渗压计，在每个盾构管片混凝土块上设置两个所述测缝计。
在本申请的某些实施例中，监测系统还包括用以对传感器信号进行实时自动采集、储存、运算、报告与预警的数据实时采集单元。
在本申请的某些实施例中，监控系统还包括与所述光纤光栅式传感器连接的光纤解调仪。
在本申请的某些实施例中，所述数据实时采集单元之间组成光纤通讯测量网络，并通过光纤通讯将采集到的现场数据发到监测中心。
本申请实施例提供的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，对管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降开展监测，实现了对盾构隧道各项参数的实时监测，通过自动化数据采集，可以将数据实时传输出洞口，便于远程监控。通过对管片土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量的监测，使得监测项目更加合理，这不仅可以全方位、多层次地反映土层及管片衬砌结构的变形和受力特点，而且经整理和分析得到的量测数据、信息可及时反馈到设计施工中，对进一步优化设计和施工方案，起到安全预警的作用，从而达到安全、经济、快速施工的目的。通过开展盾构隧道的综合性监测评价，可以对半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道变形提供强有力的监测，通过对监测数据进行分析能够综合判断地层稳定和隧道管片结构的安全状况，从而确保隧道的施工期安全和长期稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本申请实施例中土压力计安装布置图；
图2示出了本申请实施例中渗压计安装布置图；
图3示出了本申请实施例中钢筋计和混凝土应变计安装布置图；
图4示出了本申请实施例中表面式裂缝计和静力水准仪安装布置图；
图5示出了本申请实施例中埋入式测缝计安装布置图；
图6示出了本申请实施例中监测系统构成图；
其中，1、土压力计；2、渗压计；3-1、钢筋计；3-2、混凝土应变计；4-1、第i环管片；4-2、第i+1环管片；4-3、第i+2环管片；4-4、表面式裂缝计；4-5、振弦式液位传感器；4-6、振弦式液位传感器数据线缆；5、埋入式测缝计；6-1、监测断面； 6-3、监测断面传感器；；6-5、传感器数据线缆；6-6、数据采集单元；6-7、交换机；6-8、光纤；6-9、电脑；6-10、Internet或局域网；6-11、电源线；6-12、交流电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如背景技术中所介绍的，半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道安全是施工期和长期稳定关注的重点，这个区段的隧道容易发生管片受载过大，造成管片内力增加，出现管片变形甚至管片错台等不均匀沉降现象。因此拟对管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降开展监测。
地铁盾构隧道下穿如高铁线路、既有地铁线路、既有地铁车站等建构筑物，盾构隧道收到强荷载作用，而且这些建构筑物均为变形极为敏感区域，需重点对隧道管片的外荷载、结构内力、管片变形和管片不均匀沉降进行监测，确保隧道在强荷载（如高铁周期性振动）作用下的稳定性和地面建构筑物的安全。
隧道结构监测对象主要为管片，监测内容包括管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降。本监测方法选择振弦式或光纤光栅系列传感器作为地铁隧道结构长期监测的主要传感器，具体的传感器类型、安装方法和建立的监测系统如下。
在观测区间，设置i个监测断面（视上覆荷载的分布而定监测断面间距。如穿越高铁线路时监测断面间隔一环管片（间隔约2~3米），共设置5个监测断面），每个监测断面设置5个监测测点。可以理解的是，每个监测断面设置4个或6个监测测点，同样在本申请的保护范围之内。
1监测传感器和安装方法
1.1 管片外荷载
管片外荷载包括作用在管片上的土压力和渗透压力。
（1）土压力
隧道对管片土压力监测采用振弦式或光纤光栅式土压力计1，传感器埋设在管片外表面，受压面面向土体，用以测量土中管片所承受的土体压力。
管片预制时，在设计位置将土压力计1绑扎在管片钢筋笼上，在浇筑混凝土时将土压力计1受压面预嵌在管片外侧。预留直径5cm安装孔用于引出传感器数据线缆6-5。引长传感器数据线在预制管片混凝土块内牵引，同一监测断面预制管片内传感器线缆牵引至预制管片的同一端，并保护好。记录好每一环管片上的不同管片块体对应的传感器编号，并在传感器数据线缆6-5端头贴好标明传感器位置、类型、编号的标签。
传感器安装方法如下:
1）图中传感器为土压力计1，在管片制作阶段预埋进相应管片位置，主要用于监测管片所受外侧土压力，通过安装孔留出接线；
2）每个监测断面设置5个测点，每个测点安装1支土压力计1，共安装5支土压力计1；
3）根据施工情况，监测断面的具体桩号与管片环数可在安装技术人员的指导下微调，以保证监测点位置与设计保持一致；
4）仪器安装完成后须检查安装质量，仪器安装完成后和管片出厂前均须对仪器的各技术参数进行测试，满足设计要求后方能作为监测断面管片使用；
5）管片拼装完成后，须对仪器的各技术参数进行进一步的测试，并记录仪器的初始读数。
（2）渗透压力
采用振弦式或光纤光栅式渗压计2监测隧道衬砌渗透压力。渗压计2适用于测量物体所受孔隙水压力或液位，通常埋深埋设在地下建构筑物和基岩内，或安装在测压管、钻孔、堤坝、管道或压力容器中。渗压计2主要部件均采用特殊钢材制造，适合在各种恶劣环境中使用，具有良好的透水性，性能稳定。长期可靠性高。
传感器安装方法如下：
1）按照设计要求准备传感器，对于振弦式传感器准备四芯屏蔽电缆，对于光纤光栅式传感器，准备铠装光纤接长传感器，记录好传感器编号、位置、出厂参数。
2）必须确保传感器的进水口畅通，防止管片预制和壁后灌浆回填时水泥浆堵塞进水口，为此应将进水口用铜丝布或不锈钢纱装中砂、细砂做成人工的反滤层砂袋包裹。
3）图中传感器为渗压计2，安装方式类似土压力计1，在设计位置将渗压计2预埋在混凝土管片中，必须确保传感器的进水口畅通，主要用于监测管片外侧水压力；
4）引长电缆在预制管片混凝土内牵引，同一断面预制管片内仪器电缆牵引至预制管片的同一端，并保护好。
5）每个监测断面设置5个测点，每个测点安装1支安装渗压计2，共5支渗压计2；
6）根据施工情况，监测断面的具体桩号与管片环数可在安装技术人员的指导下微调，以保证监测点位置与设计保持一致；
7）仪器安装完成后须检查安装质量，仪器安装完成后和管片出厂前均须对仪器的各技术参数进行测试，满足设计要求后方能作为监测断面管片使用；
8）管片拼装完成后，须对仪器的各技术参数进行进一步的测试，并记录仪器的初始读数。
1.2 结构内力
（1）管片钢筋应力
混凝土管片内钢筋应力监测选用振弦式或光纤光栅式钢筋应力计，其可以用于长期监测钢筋应力，测值准确、性能稳定。使用时将其与钢筋焊接或螺纹连接后埋设在水工建筑物及其它钢筋混凝土建筑物内，可测量混凝土内钢筋的应力。内置温度传感器可监测安装位置的环境温度。适合在各种恶劣环境下长期监测钢筋应力变化。
每个监测断面设置5个测点，在同一测点环向和沿隧道纵向各安装一个钢筋应力计，因此每个监测断面分别20支钢筋应力计。
传感器安装方法如下：
1）按钢筋直径选配相应规格的钢筋计3-1，如果规格不相符，应选择尽量接近于钢筋直径的钢筋计3-1。例如：钢筋直径为35mm，可选用直径36mm的钢筋计3-1，如差异过大应考虑面积换算。
2）对于振弦式钢筋计3-1使用专用抗干扰四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信号，对于光纤光栅式钢筋计3-1使用铠装光纤接长传感器，测值不受电缆和光纤长度的影响，接线完成后检查传感器测值是否正常。接长要求线缆接头连接可靠且防水性能达到安装位置耐水压要求，同时做好传感器的编号和检查工作。
3）钢筋计3-1安装在设计位置，可在管片预制场预先与钢筋焊好，焊接时应将钢筋与钢筋计3-1中心对正，之后采用对接法把传感器两端的连接杆（帮条）分别与钢筋焊接在一起。为了保证焊接强度，在焊接处需加焊邦条。为了避免焊接时仪器温度过高而损坏仪器，焊接时仪器要包上湿棉纱并不断在棉纱上浇冷水，直到焊接完毕后钢筋冷却到一定温度为止，焊缝在未冷却到发黑之前，切忌浇上冷水，焊接过程中仪器测出的温度应低于60℃。
4）一般直径小于25mm的传感器才能采用对焊机对焊，直径大于25mm的传感器不宜采用对焊机焊接。现场电焊前应先将仪器及钢筋焊接处按电焊要求打好坡口45°～ 60°，并在接头下方垫上10厘米略大于钢筋的角钢，以盛熔池中的钢液，焊缝的焊接强度应得到保证。
5）传感器在管片中安装完成后须检查安装质量，传感器安装完成后和管片出厂前均须对仪器的各技术参数进行测试，满足设计要求后方能作为监测断面管片使用
6）引长的钢筋计3-1线缆均在预制管片混凝土内牵引，同一断面预制管片内仪器电缆牵引至预制管片的同一端，并保护好。
7）预制管片搬运拼装过程中保证传感器线缆不受损坏，管片拼装好后立即对传感器的各技术参数进行进一步的测试并记录。
8）同一断面的仪器电缆集中到设计的监测站位置，为自动化数据采集做好准备。
（2）管片混凝土应变
隧道管片内混凝土应变监测选用振弦或光纤光栅系列埋入式应变计，其可直接埋设在建构筑物及其它结构的混凝土或钢筋混凝土内，以监测混凝土的应变。内置温度传感器可同时监测测点处的温度。
在设计的监测断面分别埋设无应力计各一支，测量无应力状态下混凝土的自由体积变形。
每个监测断面设置5个测点，在同一测点环向和沿隧道纵向各安装一个混凝土应变计3-2，因此每个监测断面分别20支混凝土应变计3-2。混凝土应变计3-2布置和安装方式类似钢筋应力计。
传感器安装方法如下：
1）将应变计按照设计要求编号，采用专用屏蔽线缆或铠装光纤接长，接线完成后检查仪器的测值是否正常。
2）按照设计的位置预安装在预制管片混凝土内，各支仪器电缆均在混凝土内牵引，同一断面预制管片内仪器电缆牵引至预制管片的同一端，并保护好。
3）预制管片搬运拼装过程中保证仪器电缆不受损坏，管片安装好后立即对仪器进行测量并记录。
4）同一断面的仪器电缆集中到设计的监测站位置，为自动化数据采集做好准备。
1.3 管片变形，请参看附图4。
（1）管片接缝张开量
隧道混凝土管片间接缝张开量监测选用振弦式表面裂缝计。其适合安装在建构筑物表面，可在恶劣环境下长期监测管片结构表面裂缝或接缝的开合度。两端的万向节允许一定程度的剪切位移。内置温度传感器可同时监测安装位置的环境温度。
相邻两环管片设置一个监测断面，如第i环管片4-1和第i+1环管片4-2之间为一个监测断面，第i+1环管片4-2和第i+2环管片4-3之间为一个监测断面，在相邻两环管片块间安装表面式裂缝计4-4，以监测相邻两环管片的张开和错动。每个监测断面设置5个测点，每个测点安装一个表面裂缝计。
（2）管片纵向不均匀沉降
由于受上覆荷载影响，管片间容易出现错台等纵向不均匀沉降，进而对地面建构筑物产生不利影响，隧道管片的纵向不均匀沉降监测选用振弦式或光纤光栅式振弦式液位传感器4-5。高精度的振弦式液位传感器4-5可监测到小于0.0125mm的垂直位移或沉降变化。系统由一系列含有液位传感器的容器组成，容器间由通液管互相连通。参照点容器安装在一个稳定的位置，其它测点容器位于同参照点容器大致相同标高的不同位置，任何一个测点容器与参照容器间的高程变化都将引起相应容器内的液位变化，从而获取测点相对于参照点高程的变化。振弦式液位传感器4-5通过振弦式液位传感器数据线缆4-6实现信号传输。
传感器安装方法如下:
1）图中传感器为表面式裂缝计4-4和振弦式液位传感器4-5，在管片制造时预埋于管片内，主要用于监测管片内裂缝和张开量；
2）每个监测断面由前后两环管片组成，在拱顶、左右两肩和左右两帮各安装1支表面式裂缝计4-4，每个断面共安装5支表面式裂缝计4-4；相邻两环管片帮部各安装1套振弦式液位传感器4-5，振弦式液位传感器4-5数量等于监测管片环数。
3）仪器安装完成后须检查安装质量，仪器安装完成后和管片出厂前均须对仪器的各技术参数进行测试，满足设计要求后方能作为监测断面管片使用；
4）管片拼装完成后，须对仪器的各技术参数进行进一步的测试，并记录仪器的初始读数。
1.4 管片裂缝
隧道管片裂缝长度、宽度、深度、走向监测采用振弦或光纤光栅系列埋入式测缝计5。其适用于监测混凝土﹑岩石等结构的边界缝开合度，可埋设在混凝土管片内长期监测管片内的裂缝演化，内置的万向节允许传感器承受一定程度的剪切位移。仪器还具有测温功能，具有高精度和高灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。
如图5所示，每环管片通常有5片混凝土块外加一个安装楔形块，在这5片混凝土块上各设置2个监测测点，每个测点内布置一个埋入式测缝计5，固每个监测断面上共10个埋入式测缝计5。
传感器安装方法如下：
1）图中传感器为测缝计，在管片制造时预埋于管片内，主要用于监测管片内裂缝和张开量；
2）传感器安装完成后须检查安装质量，仪器安装完成后和管片出厂前均须对传感器的各技术参数进行测试，满足设计要求后方能作为监测断面管片使用；
3）管片拼装完成后，须对传感器的各技术参数进行进一步的测试，并记录传感器的初始读数。
2 监测系统
2.1监测系统构成
系统由监测计算机、数据采集单元6-6和监测仪器传感器三部分设备及相应的通讯传输、电源设备等组成自动化监测网络。
安装在工程现场的各监测断面6-1中的各种监测断面传感器6-3通过传感器数据线缆6-5与数据采集单元6-6连接，并完成自动化测量。数据采集单元6-6通过光纤6-8与交换机6-7连接。数据采集装置之间组成光纤通讯测量网络，并通过光纤通讯将采集到的现场数据发到监测中心，进行整理整编、分析，其他终端设备还可以通过Internet或局域网6-10进行网络浏览、共享监测数据。数据采集单元通过电源线6-11与交流电源6-12连接。
盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统结构图如下图6所示：
2.2数据实时采集单元
（１）对于振弦式传感器：
对于采用的振弦式传感器，采用 DataTaker DTMCU-80G型数据实时采集单元。该单元是设计用来对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行实时自动采集、储存、运算、报告与预警，可以兼容全球绝大多数种类的岩土工程安全监测仪器，并通过有线或无线网络与监测中心实现远程通讯与控制，可以为工程施工及运行管理者提供与工程性状和安全相关的数据支持和判断依据。
DTMCU型远程监测系统构成方式灵活，可以通过扩展模块实现灵活的通道扩展，用户可以根据工程实际需求进行灵活的配置与应用。
DT MCU-80G的核心部件为DT80G 智能可编程数据采集器，可用于实时采集温度、电压、电流、4-20mA电流环、电阻、应变电桥、应力应变、频率、数字等。
本申请实施例采用的振弦式数据采集仪，还可以采用DataTaker DT80G、基康BGKMiro-40、Campbell CR6系列或其他厂家研制的振弦系列数据采集仪。
（2）对于光纤光栅式传感器：
图6中的数据监测单元采用光纤解调仪，适用于土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量等各种类型光纤光栅传感器的高速、同步、高精度数据采集。通过测量的光纤光栅中心反射波长变化来监测物理量的变化。
2.3 通讯网络组成
将传感器接入数据监测单元，如果数据监测单元通道数不够，则可在数据监测单元中添加扩展模块。将数据监测单元通过网线接入隧道光纤通信系统，同时将洞口监测中心电脑6-9与隧道光纤通信系统连接，监测数据便可传输并储存于该电脑6-9并可实现远程控制。
2.4 系统监测设置
设计数据监测单元的数据采集间隔和储存空间分配。数据采集间隔可根据需要容易设置，如设置为1min、5min、10min、30min或1h。储存空间可根据需求分配，如分配给监测数据储存空间100M Byte，当存储满时新数据自动覆盖旧数据。
2.5系统功能
（1）可实现无人值守长期自动监测；
（2）监测数据自动传输和储存；
（3）通过网络设置能够将数据实时传输出洞口，并实现远程控制监测过程。
3 数据分析
（1）对于振弦式传感器：
对于振弦式传感器，管片土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量均可以采用下列公式计算：
使用数据监测单元进行数据采集，隧洞内温度基本保持不变，不考虑温度对监测结果的影响。监测获得传感器频率后，数据分析软件根据公式(1)得到对应的土压力，渗透压力，管片应力、应变、裂缝张开量和沉降量测量值。
（1）
式中：
A——管片的土压力（Pa）、渗透压力（Pa）、管片应力(Pa)、应变（με）、裂缝张开量（mm）或沉降量（mm）测量值；
K——传感器的标定系数（με/Hz2）；
fi——传感器实时测量值（Hz）；
f0——传感器的初始测量值（Hz）；
b——温度修正系数（με/℃）；
Ti——传感器实时温度值（℃）；
T0——传感器的初始温度值（℃）。
（2）对于光纤光栅式传感器：
对于光纤光栅式传感器，采用下列通用公式计算被测物理量（土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量）：
E=k 1(λ-λ 0)+B 1(λ t1-λ t0)+ k 2(λ-λ 0)2+B 2(λ t1-λ t0)2+C+α(S-S 0) （2）
式中E为被测值，k1、k2为一次及二次波长系数，B1、B2为一次温度、二次温度影响系数，λ0、λt0为波长初始值，C为常数项，S、S0为水压计的外界大气压力，α为压强修正系数。
（3）地层稳定与隧道结构安全评价
如果监测值超过结构的许可值，则表明结构存在安全问题。如钢筋应力测量值超过钢筋屈服强度，则表明钢筋受力过大。
本申请实施例针对管片土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量选择合适的传感器，可以有效保证地铁盾构隧道管片受力、内力、变形、破裂、沉降等多源信息的实时监测。
采取合适的传感器布置方式和布置位置是监测效果的保证。
本申请实施例形成了数据监测系统，将传感器、数据采集仪、盾构隧道光纤通信系统组网。建立的监测系统，实现了实时监测，自动化数据采集，而且通过盾构隧道光纤通信网络能将数据实时传输出洞口和远程控制。监测系统组网实时数据采集、传输和远程控制；对数据分析能够综合判断地层稳定和隧道管片结构的安全状况。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，包括：
振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；
渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；
钢筋应力计，布置在混凝土管片内，用以长期监测混凝土管片内的钢筋的应力，所述钢筋计与待测钢筋的直径相匹配，所述混凝土管片内设有用以监测安装位置环境温度的温度传感器；
应变计，埋设在所述混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；
振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的所述混凝土管片的开合度；
振弦式液位传感器，其由若干含有液位传感器的容器组成，所述容器包括参照点容器和测点容器，所述参照点容器安装在参照点位置，所述测点容器与所述参照点容器的标高不同，通过测量所述参照点容器和所述测点容器的液位变化，测量测点与参照点的高程的变化；
埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；
数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，隧道的每个监测断面均设置4-6个土压力测点、钢筋应力测点、和混凝土应变测点；
每个所述钢筋应力测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述钢筋应力计；
每个所述混凝土应变测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述应变计。
3.根据权利要求2所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述土压力计固定在盾构管片的钢筋笼上，每个所述土压力测点上安装所述土压力计。
4.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用振弦式传感器，并根据下式获得相应测量值：
式中：
A——测量值；
K——传感器的标定系数（με/Hz2）；
fi——传感器实时测量值（Hz）；
f0——传感器的初始测量值（Hz）；
f——温度修正系数（με/℃）；
Ti——传感器实时温度值（℃）；
T0——传感器的初始温度值（℃）。
5.根据权利要求4所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述渗压计采用连接有四芯屏蔽电缆的振弦式渗压计；所述应变计采用专用屏蔽线缆的振弦式应变计。
6.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用光纤光栅式传感器，并根据下式获得相应测量值：
E=k 1(λ-λ 0)+B 1(λ t1-λ t0)+ k 2(λ-λ 0)2+B 2(λ t1-λ t0)2+C+α(S-S 0)
式中E为被测值，k1、k2为一次及二次波长系数，B1、B2为一次温度、二次温度影响系数，λ为测量波长值，λ0、λt0为波长初始值，C为常数项，S、S0为水压计的外界大气压力，α为压强修正系数。
7.根据权利要求6所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述渗压计采用铠装光纤光栅式渗压计，在每个盾构管片混凝土块上设置两个所述测缝计。
8.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，监测系统还包括用以对传感器信号进行实时自动采集、储存、运算、报告与预警的数据实时采集单元。
9.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，监控系统还包括与所述光纤光栅式传感器连接的光纤解调仪。
10.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述数据实时采集单元之间组成光纤通讯测量网络，并通过光纤通讯将采集到的现场数据发到监测中心。
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