CN205300520U - 隧道工程变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种隧道工程变形监测系统，包括：供电装置、变形监测装置、数据传输装置及数据处理装置；所述供电装置设置于隧道口，用于向设置于隧道内的所述变形监测装置及数据传输装置供电；所述变形监测装置、所述数据传输装置及所述数据处理装置通过光纤环路网连接，所述变形监测装置用于监测所述隧道内的位移、应力或裂缝的变化数据并将所述数据传输给所述数据传输装置；所述数据传输装置用于将接收到的所述数据传送给所述数据处理装置，所述数据处理装置用于对接收到的所述数据进行分析及处理。本实用新型提供的隧道工程变形监测系统可以实现隧道工程变形自动化监测，降低人力及资金成本，并能够实时获取到监测结果。

Description

隧道工程变形监测系统

技术领域

本实用新型涉及油气运输领域，尤其涉及一种隧道工程变形监测系统。

背景技术

油气运输过程中，在役油气长输管道通常需要穿越隧道将油气资源传输到各地。由于受到地质、渗水、应力等因素的影响，隧道难免会发生开裂、隧道拱璧下压、拱顶下沉及隧底拱起等变形。为了保证隧道和油气长输管道的安全运营，对隧道进行高精度变形监测十分重要。

现有技术中，通常是由工作人员周期性进入隧道对隧道的变形数据进行监测，再将测量装置测量得到的数据带回到远离隧道现场的工作环境中，对监测得到的数据进行分析处理。

但是，由于隧道工程中环境恶劣，现有技术中通过人工周期性对隧道变形数据进行监测的方式采集数据的过程困难，成本较高，且无法实时获得监测结果。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种隧道工程变形监测系统，用以解决现有技术中的隧道工程变形监测方式成本较高，且无法实时获得监测结果的问题。

本实用新型提供一种隧道工程变形监测系统，包括：供电装置、变形监测装置、数据传输装置及数据处理装置；所述供电装置设置于隧道口，用于向设置于隧道内的所述变形监测装置及数据传输装置供电；

所述变形监测装置、所述数据传输装置及所述数据处理装置通过光纤环路网连接，所述变形监测装置用于监测所述隧道内的位移、应力或裂缝的变化数据并将所述数据传输给所述数据传输装置；所述数据传输装置用于将接收到的所述数据通过网络传送给所述数据处理装置，所述数据处理装置用于对接收到的所述数据进行分析及处理。

另一实施例中，所述变形监测装置包括：设置于隧道内的全站仪以及棱镜，所述棱镜设置于所述隧道的隧道壁上；

所述全站仪用于发送红外光至设定的棱镜；

所述棱镜用于反射所述红外光至所述全站仪，以使所述全站仪确定所述棱镜所在位置的坐标。

另一实施例中，所述隧道内设置有多个监测断面，每个监测断面上分布至少两个棱镜。

另一实施例中，相邻的两个监测断面中的一个监测断面上分布两个棱镜，另一个监测断面上分布三个棱镜。

另一实施例中，所述变形监测装置包括至少一组应力应变传感器，所述至少一组应力应变传感器设置于所述隧道内设定的监测断面上，用于测试所述监测断面上的应力和应变数据。

另一实施例中，所述至少一组应力应变传感器包括三个应力应变传感器，所述三个应力应变传感器分别设置于所述隧道的两侧壁及顶壁上。

另一实施例中，所述变形监测装置包括裂缝计，所述裂缝计设置于所述隧道的裂缝表面，用于测试所述隧道的裂缝变化数据。

另一实施例中，所述供电装置为两个，分别设置于所述隧道的进口端及出口端。

另一实施例中，所述供电装置为太阳能电池板或者蓄电池。

本实用新型实施例提供的隧道工程变形监测系统，通过在隧道口设置供电装置为隧道内的变形监测装置及数据传输装置供电，从而使得所述变形监测装置及所述数据传输装置能够通过以太网连接，将所述变形监测装置监测得到的所述隧道内的位移、应力或裂缝的变化数据传输给所述数据传输装置，并通过所述数据传输装置将接收到的所述数据通过无线网络传送给所述数据处理装置对接收到的所述数据进行分析及处理，从而可以实现隧道工程变形自动化监测，降低人力及资金成本，并能够实时获取到监测结果。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例隧道工程变形监测系统的应用场景示意图；

图2为本实用新型实施例隧道工程变形监测系统的结构框架示意图；

图3为本实用新型实施例中全站仪及棱镜的设置方式示意图；

图4为本实用新型实施例中隧道内监测断面的设置示意图。

附图标记说明：

100：隧道；

101：监测断面；

10：供电装置；

110：供电电缆；

20：变形监测装置；

21：全站仪；

23：棱镜；

200：后视定向点；

30：数据传输装置；

310：通讯电缆；

40：数据处理装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

油气运输过程中，油气长输管道通常需要穿越隧道将油气资源传输到各地。由于受到地质、渗水、应力等因素的影响，隧道容易发生开裂、隧道拱璧下压、拱顶下沉及隧底拱起等变形。为了保证隧道和油气长输管道的安全运营，需要对隧道进行高精度变形监测。现有技术通常是通过工作人员定期进入隧道对隧道的变形数据进行监测，再将测量装置测量得到的数据带回到远离隧道现场的工作环境中，对监测得到的数据进行分析处理。由于隧道工程中环境恶劣，现有技术中通过人工周期性对隧道变形数据进行监测的方式采集数据的过程困难，成本较高，且无法实时获得监测结果。基于此，本实用新型实施例提供一种隧道工程变形监测系统，用以解决现有技术中的隧道工程变形监测方式成本较高，且无法实时获得监测结果的问题。

图1为本实用新型实施例隧道工程变形监测系统的应用场景示意图，图2为本实用新型实施例隧道工程变形监测系统的结构框架示意图。请参阅图1及图2，本实用新型提供的隧道工程变形监测系统，包括：供电装置10、变形监测装置20、数据传输装置30及数据处理装置40；所述供电装置10设置于隧道口，用于向设置于隧道100内的所述变形监测装置20及数据传输装置30供电；

所述变形监测装置20、所述数据传输装置30及所述数据处理装置40通过光纤环路网连接，所述变形监测装置20用于监测所述隧道100内的位移、应力或裂缝的变化数据并将所述数据传输给所述数据传输装置30；所述数据传输装置30用于将接收到的所述数据通过网络传送给所述数据处理装置40，所述数据处理装置40用于对接收到的所述数据进行分析及处理。

具体地，所述供电装置10为两个，分别设置于所述隧道100的进口端及出口端。由于隧道100内供电困难，根据测区地理条件，所述供电装置可以为太阳能电池板或者蓄电池，对现场的变形监测装置20及数据传输装置30装置供电。本实用新型的一种实施例中，在所述隧道100进口端与出口端分别放置2个太阳能板，通过太阳能供电系统采用太阳能板和蓄电池组合的浮充供电。所述供电装置10由太阳能阵、汇流盒及太阳能控制器等组成，所述太阳能阵采用单晶硅板，同时和蓄电池组的容量相互匹配，保证太阳能阵可以完全给蓄电池组充满电。具体地，本实施例采用6V4AHr免维护铅酸蓄电池，所述6V4AHr免维护铅酸蓄电池可供系统正常运行2个月以上,大大降低了供电施工难度与费用。所述变形监测装置20及所述数据传输装置30工作所需用电，可全部来自于太阳能电池板为供电电缆110所提供的电源。

所述数据处理装置40设置于远离隧道工程现场的工作环境中。所述变形监测装置20及数据传输装置30通过供电电缆110及通讯电缆310与所述数据处理装置40连接起来，组成网络系统。所述数据传输装置30通过网络将所述变形监测装置20采集的数据传送给所述数据处理装置40。具体地，所述所述数据处理装置40中安装有专用处理软件，使所述数据处理装置40能够对所述变形监测装置20采集的隧道内的各项变形数据进行实时分析及处理。

本实用新型实施例提供的隧道工程变形监测系统，通过在隧道口设置供电装置为隧道内的变形监测装置及数据传输装置供电，从而使得所述变形监测装置及所述数据传输装置能够通过以太网连接，将所述变形监测装置监测得到的所述隧道内的位移、应力或裂缝的变化数据传输给所述数据传输装置，并通过所述数据传输装置将接收到的所述数据通过无线网络传送给所述数据处理装置对接收到的所述数据进行分析及处理，从而可以实现隧道工程变形自动化监测，降低人力及资金成本，并能够实时获取到监测结果。

进一步地，为了对隧道内的位移变化情况进行实时监测，所述变形监测装置20包括：设置于隧道100内的全站仪21以及棱镜23，所述棱镜23设置于所述隧道100的隧道壁上；

所述全站仪21用于发送红外光至设定的棱镜23；

所述棱镜23用于反射所述红外光至所述全站仪21，以使所述全站仪21确定所述棱镜23所在位置的坐标。

具体地，图3为本实用新型实施例中全站仪及棱镜的设置方式示意图。首先，在隧道100的进口或出口外设置后视定向点200作为测试隧道内位置的参考坐标点。当所述数据处理装置40的服务器远程发送测试指令后，所述全站仪21即按一定时间间隔发送红外光至设定的棱镜23，测试所述棱镜23所在位置与所述后视定向点200的相对位置关系，从而确定所述棱镜23所在位置的坐标。当红外光被所述棱镜23反射返回至所述全站仪21，并由所述全站仪21内置的电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)相机判别接收后，所述全站仪21的马达就驱动所述全站仪21自动转向下一个棱镜23，测定所述下一个棱镜23所在位置的坐标。每个棱镜所在位置点的三维坐标变化代表了所述位置点的位移，两个位置点组成测线，测线的长度变化就是隧道内围岩的位移变化。

图4为本实用新型实施例中隧道内监测断面的设置示意图。请同时参阅图4，所述隧道100内设置有多个监测断面101。每个监测断面101上分布至少两个棱镜23。为了满足测量精度，每隔60m设置一个监测断面101，相邻的两个监测断面101中的其中一个监测断面101上分布两个棱镜23，另一个监测断面101上分布三个棱镜23。其中所述三个棱镜23分别设置于所述隧道的两侧壁及拱顶上，用以获取隧道侧壁和隧道拱顶的三维变形信息。

进一步地，为了对隧道200内的应力应变情况进行实时监测，所述变形监测装置20包括至少一组应力应变传感器，所述至少一组应力应变传感器设置于所述隧道内设定的监测断面上，用于测试所述监测断面上的应力和应变数据。

具体地，一个监测断面101需要布设三个应力应变传感器才能反映整个监测断面上的应力和应变情况(分别是隧道侧壁两端、拱顶)。因此，所述至少一组应力应变传感器包括三个应力应变传感器，所述三个应力应变传感器分别设置于所述隧道的两侧壁及顶壁上。在隧道中隔一定距离布设监测断面101。当测试隧道内的应力应变情况时，在隧道中布设4个监测断面101，每个监测断面101的隧道侧壁两端及拱顶上分别设置一个应力应变传感器，共设置12支应力应变传感器。

进一步地，为了对隧道内的裂缝情况进行实时监测，所述变形监测装置包括裂缝计，所述裂缝计设置于所述隧道的裂缝表面，用于测试所述隧道的裂缝变化数据。

具体地，在裂缝典型地区安装裂缝传感器，本实用新型实施例中，整个隧道共布设30个裂缝计。裂缝计是在隧道裂缝表面安装的位移计，它可以作为基础变形计使用，常用于现场测量位移，量程可达到150mm。通常将裂缝计跨越锚固安装于所述隧道所测区段或间隙。可先将两个带螺纹的锚头(圆球铰合)用灌浆方法或用螺栓固定于缝隙的两侧，然后将仪器的两端连接在两锚头上。基础变形计延伸管的端部有螺纹，使用时可用灌浆方法把它固定在要监测的基础以下的钻孔内。

裂缝计传感器由不锈钢制成，仪器内部用O型密封圈防潮防尘。而埋入式变形计和基础变形计的测量外壳则用聚氯乙烯制成并带有不锈钢法兰。传感器中的热感应元件可同时提供温度测量。它用于监测表面裂缝以及接缝的开合度，在测缝的两侧分别安装一根锚杆，然后把测缝计两端的连接杆旋进锚杆内。

所述全站仪、应力应变传感器及裂缝计所采集到的数据，通过在隧道内布设的通信电缆传输到所述数据传输装置20中。所述数据传输装置20使用“拨弦电路”、“耦合放大电路”、“相位锁定滤波器”、“频率测量电路”等四个电路，通过带宽为400～6000hz的模拟滤波器滤掉之外的频率信号，从而读取到正确的频率值，还使用高能激励和高增益放大电路，可以很好地测读引线较长的钢弦仪器；配套处理软件方面，可通过设置通道因子和MD测量延迟两个通道选项，从而测量时可以选择恰当频率的捕捉时机来得到真实的频率值。

所述变形监测装置20、所述数据传输装置30及所述数据传输装置40在隧道内通过工业自愈光纤环路网组成一个以太网。该网络具有以下优点：一、光缆敷设量小，仅需要两芯光缆就可以把所有的数据传输装置30串接在一起。二、具有网络冗余与报警功能。当环上的装置失效或光缆发生故障时,失效方向的数据会被倒换到另一方向继续传输。环路光口协议兼容电气和电子工程师协会IEEE802.3U-100FX标准协议，接口数据采用简化光纤分布式数据接口(FiberDistributedDataInterface，缩写FDDI)协议传输，业务数据速率为98M。

所述变形监测装置20采集得到的数据通过所述数据传输装置30汇总，最终通过网络将数据远程回传到工作环境中的数据处理装置40中进行分析及处理。

所述数据处理装置40可以实时存储，对于数据庞大的监测情况，可采用磁盘阵列进行海量存储。所述数据处理装置40中的监测系统软件安装在符合开放系统互联标准的中文WINDOWSXP或以上操作系统，构建于.NET框架3.5最新版本基础上，系统支持ACCESS、SQLSERVER或ORACLE，或可根据客户的要求定制。所述数据处理装置40的主机安装在具有路由功能的网络系统场所内，以便更迅捷的通过互联网或手机网络对采集器传送来的数据进行分析、处理、记录、导出等处理。所述监控装置还可按需配置打印机、服务器等相关装置。具体地，所述数据处理装置40具有以下功能：1)可以自定义隧道内变形数据采集时间，并对原始数据进行滤波、计算等处理。处理后的数据以数字或相应曲线、图等形式实时显示、记录和打印。2)监测数据能够保存在多种数据库内，并可进行历史数据查询，生成选定时间段内的传感器监测数据的最大最小值，还可以直接生成EXCEL或其他形式报表。3)数据可以各种图形方式显示，包括浸润线、库水位、坝体变形、降雨量等的时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式。4)所述数据处理装置40还具有数据越限报警设置显示功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示或手机短信报警。5)能对用户进行口令和操作权限的管理，能对不同的用户分配不同的系统访问、操作权限级别。用户登录后的操作将写入系统日志，保障运行系统的安全性。6)操作系统满足开放性标准的要求，方便系统功能的添加、删除、维护、修改、扩展。兼容当前流行的多种数据库，并满足数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求。7)提供异常数据自动查找功能，采用自定义输入限差值，用户可以根据项目需要自行设置本次变化量阈值及累计变化量阈值。8)提供工程预警功能，若有超过变化阈值的数据，数据字体颜色将自动变化为对应的警戒颜色。所述数据处理装置40工程预警分为三级：一级预警为红色，二级预警为黄色，三级预警为蓝色，同时系统将自动发出预警信息，从而实现工程预警功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种隧道工程变形监测系统，其特征在于，包括：供电装置、变形监测装置、数据传输装置及数据处理装置；所述供电装置设置于隧道口，用于向设置于隧道内的所述变形监测装置及数据传输装置供电；

所述变形监测装置、所述数据传输装置及所述数据处理装置通过光纤环路网连接，所述变形监测装置用于监测所述隧道内的位移、应力或裂缝的变化数据并将所述数据传输给所述数据传输装置；所述数据传输装置用于将接收到的所述数据传送给所述数据处理装置，所述数据处理装置用于对接收到的所述数据进行分析及处理。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变形监测装置包括：设置于隧道内的全站仪以及棱镜，所述棱镜设置于所述隧道的隧道壁上；

所述全站仪用于发送红外光至设定的棱镜；

所述棱镜用于反射所述红外光至所述全站仪，以使所述全站仪确定所述棱镜所在位置的坐标。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述隧道内设置有多个监测断面，每个监测断面上分布至少两个棱镜。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，相邻的两个监测断面中的一个监测断面上分布两个棱镜，另一个监测断面上分布三个棱镜。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变形监测装置包括至少一组应力应变传感器，所述至少一组应力应变传感器设置于所述隧道内设定的监测断面上，用于测试所述监测断面上的应力和应变数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述至少一组应力应变传感器包括三个应力应变传感器，所述三个应力应变传感器分别设置于所述隧道的两侧壁及顶壁上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变形监测装置包括裂缝计，所述裂缝计设置于所述隧道的裂缝表面，用于测试所述隧道的裂缝变化数据。

8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，所述供电装置为两个，分别设置于所述隧道的进口端及出口端。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述供电装置为太阳能电池板或者蓄电池。