CN206037986U - 隧道围岩变形监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道围岩变形监测预警系统，涉及隧道围岩变形监测技术领域，该系统包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、通信模块、控制中心和警示装置，传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化、水压变化等信息；自动采集控制模块用于控制传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率；传感器组通过通信模块将采集到信号发送到控制中心；控制中心，用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况作出预警指示；警示装置，用于发出警示信号。该系统实现了实时自动采集围岩变形数据，并将变形数据与相关隧道施工规范、规程要求的阈值进行对比，发出预警信号，警示施工人员注意安全。

Description

隧道围岩变形监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及隧道几何变形监测技术领域，特别涉及一种隧道围岩变形监测预警系统。

背景技术

在隧道修建过程中，隧道围岩位移的变化情况严重影响工程施工的安全与否。围岩产生大变形，将会导致初期支护破裂，钢骨架发生扭曲变形，严重时会导致隧道塌方。隧道产生塌方将会影响施工工期、增加工程建设费用、损坏机械设备，严重时会对施工人员的生命构成危害。隧道围岩变形过大的现象在所有隧道施工过程中都会产生，导致最后发生塌方的案例数不胜数。

而现有技术对于围岩位移的监测还停留在依靠人员现场监测阶段，只能对发生围岩大变形征兆的隧道段进行全面监测。由于受施工环境恶劣、现场人员与车辆来往等影响，监测得到的数据往往有很大的误差，甚至监测人员由于视线受到影响而得到错误的数据，影响监控量测工作的进行。

另外，隧道内噪声大，施工人员难以顾及周边围岩潜在的发生大变形的现象，无法准确判断施工环境是否安全，监测人员也无法实施全天候、实时连续的监测隧道围岩位移变化，无法在施工环境恶劣的条件下辨识围岩大变形征兆，无法实现现场施工人员快速自我预警并撤离。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种隧道围岩变形监测预警系统，能实时自动采集隧道围岩变形数据，并将所采集到的数据进行处理分析，并作出预警，警示现场施工人员。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：

本实用新型提供了一种隧道围岩变形监测预警系统，包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、通信模块、控制中心和警示装置，所述传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化、水压变化等信息；所述自动采集控制模块用于控制传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率；所述传感器组通过通信模块将采集到信号发送到控制中心；所述控制中心，用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况作出预警指示；所述警示装置，用于发出警示信号。

进一步，传感器组包括收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计，所述收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计分别与通信模块连接。

进一步，自动采集控制模块包括顺次连接的计时器和控制器。

进一步，自动采集控制模块控制传感器组采集IV级围岩信号的周期为20min-3h。

进一步，自动采集控制模块控制传感器组采集V级围岩信号的周期为7min-10min。

进一步，控制中心包括数据处理模块和阈值预警模块，所述数据处理模块与通信模块连接，所述阈值预警模块与警示装置连接。

进一步，警示装置分别设置在隧道洞外和隧道洞内，警示装置包括声音报警装置和信号灯报警装置，所述声音报警装置和信号灯报警装置分别与控制中心连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型的隧道围岩变形监测预警系统，通过在隧道围岩监测断面安装各种传感器，实时自动采集围岩的相关数据，自动采集控制模块控制传感器采集信号的周期和发送信号的频率，通过通信模块将信号传输到控制中心，控制中心接收并处理数据，并与相关隧道施工规范、规程要求的阈值进行对比，接近或超出阈值的数据发出预警信号，警示施工人员注意安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，如图1所示：

本实用新型的隧道围岩变形监测预警系统，包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、通信模块、控制中心和警示装置，所述传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化、水压变化等信息；所述自动采集控制模块用于控制传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率；所述传感器组通过通信模块将采集到信号发送到控制中心；所述控制中心，用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况作出预警指示；所述警示装置，用于发出警示信号。传感器组包括用于监测隧道围岩收敛的收敛计；用于监测拱顶下沉、地表下沉的自动全站仪；用于监测围岩体沉降的多点位移传感器；用于监测围岩压力和两层支护之间的压力的压力盒；用于监测锚杆轴力的锚杆测力计；用于监测钢筋应力的钢筋计；用于监测钢拱架应变的应变计；用于监测二衬混凝土应力的混凝土应变计；用于监测爆破震动的加速度传感器；用于监测渗水压力的渗压计；用于监测水流量的流量计；用于监测隧道洞内的温度变化的温度传感器。该系统通过传感器组对围岩内壁的变形、岩体沉降、压力等信息进行采集，再经过通信模块将采集到的信息发送到控制中心，控制中心对围岩的相关信息进行处理，如果有的信息不符合相关隧道施工规范、规程要求的数据，控制中心控制警示装置发出警示信号，警示施工人员注意安全。

围岩内壁位移量测是监测围岩不同深度的位移，判断开挖后围岩的松动范围。根据隧道围岩地质条件设置监控量测断面，每个断面在侧壁和拱部设置5个测孔，孔深3.5～5m，孔径均为Ф50，每孔埋设3点钢弦式多点位移计，使各测点与钻孔壁紧密结合，岩层移动时带动测点一起移动，量测围岩不同深度的位移量。假定最远测点布置在稳定围岩内，进而可以求出各测点相对于最远测点的位移值。当最远测点的埋设深度度愈大，本身受开挖的影响愈小，所测得的位移值愈接近绝对值。

锚杆测力计根据隧道围岩地质条件或设置监控量测断面，在每个断面周边按径向钻孔，在隧道侧壁和拱部布置5个测孔，每个测孔内安装3个测点的钢弦式锚杆轴力计，量测锚杆不同深度的轴力。在孔内注浆使锚杆轴力计与围岩紧密，安装完毕稳定采用数字式读数仪测读初始读数。

钢支撑内力量测是监控钢支撑的受力情况，了解钢拱架与喷混凝土对围岩的组合支护效果；了解钢拱架的实际工作状态，视具体情况决定是否需要采取加固措施；判断初期支护承载能力。钢支撑内力采用钢筋计量测，每个监控断面沿隧道拱顶、两拱腰和两边墙共5个钢筋计进行监测，在焊接过程中注意进行淋水降温，埋设完毕并降温稳定后测读初始读数。

每个监控断面沿隧道拱顶、两拱腰和两边墙共5个位置的在喷射混凝土和二次衬砌混凝土内埋设混凝土应变计进行量测。埋设时用钢筋支架固定，使混凝土应变计受力方向为隧道轮廓的切线方向。

在临近建筑物修建隧道时，需要对爆破震动进行监测，采用加速度传感器测力爆破震动。

如果有的隧道出现地表渗水情况，需要对渗水压力，水流量进行监测，采用渗压计和流量计分别监测渗水压力和水流量。温度传感器用于监测隧道洞内的实时温度。

自动采集控制模块控制传感器组采集信号的周期和发送信号的频率。自动采集控制模块包括顺次连接的计时器和控制器，计时器用于对采集信号周期和发送信号的频率进行计时，控制器用于控制器当时间到达后控制传感器组工作。目前相关规范、规程要求的监控周期无法满足自稳能力差的围岩稳定性监控要求，即人工监控方法不能有效监控软弱围岩稳定性。隧道施工监测周期T不得大于隧道站立时间T₀，否则不能有效监测围岩的稳定性。从我国铁路隧道基于RMR的时间和空间指标建立的关系可以看出，10.5m跨度的隧道，V级围岩的平均站立时间只有30分钟，IV级围岩的稳定时间也只有10个小时。因此，要了解围岩变形速度的快慢，监测的次数应该足够多，如果少于5次，围岩变形曲线的趋势不明显，因此，监测次数不应少于5次。基于上面的分析，可以得出监控周期和围岩站立时间之间关系式，即站立时间T减去埋点前时间Ta，应大于测量次数乘以监测周期这才是一个充分条件。根据以上的分析，要对岩体稳定性进行有效的监控，也就是说，监测的周期必须足够小，应采用自动监测才能满足要求。因此，自动采集控制传感器组采集IV级围岩信号的周期为20min-3h。自动采集控制模块控制传感器组采集V级围岩信号的周期为7min-10min。对于不同等级的围岩岩体要采用不同的监测周期才能对岩体稳定性进行有效监控。

作为上述技术方案的进一步改进，控制中心包括数据处理模块和阈值预警模块，所述数据处理模块与通信模块连接，所述阈值预警模块与警示装置连接。数据处理模块处理通信模块发来的数据，处理后的数据与阈值预警模块中的阈值进行对比，如果接近阈值或超过阈值则发出预警信号，控制警示装置发出警示信号。

作为上述技术方案的进一步改进，警示装置分别设置在隧道洞外和隧道洞内，警示装置包括声音报警装置和信号灯报警装置，所述声音报警装置和信号灯报警装置分别与控制中心连接。安装在隧道洞外的警示装置可以提醒隧道洞外的施工人员和管理人员，安装在隧道洞内的警示装置提醒洞内的施工人员注意安全。声音报警装置可以把距离施工人员最近的安全通道通报施工人员，方便施工人员逃离。可以根据安全等级的不同设置不同颜色的信号灯报警。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、通信模块、控制中心和警示装置，所述传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化、水压变化信息；所述自动采集控制模块用于控制传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率；所述传感器组通过通信模块将采集到信号发送到控制中心；所述控制中心，用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况作出预警指示；所述警示装置，用于发出警示信号。

2.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述传感器组包括收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计，所述收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计分别与自动采集控制模块连接。

3.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述自动采集控制模块包括顺次连接的计时器和控制器，所述计时器与传感器组连接，所述控制器与通信模块连接。

4.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述自动采集控制模块控制传感器组采集IV级围岩信号的周期为20min-3h。

5.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述自动采集控制模块控制传感器组采集V级围岩信号的周期为7min-10min。

6.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述控制中心包括数据处理模块和阈值预警模块，所述数据处理模块与通信模块连接，所述阈值预警模块与警示装置连接。

7.如权利要求1所述的隧道围岩变形监测预警系统，其特征在于：所述警示装置分别设置在隧道洞外和隧道洞内，警示装置包括声音报警装置和信号灯报警装置，所述声音报警装置和信号灯报警装置分别与控制中心连接。