[发明专利]一种隧道远程在线遥测系统构架方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种远程在线遥测系统，更具体的是一种应用于地下工程、隧道工程的远程在线遥测系统构架方式。

背景技术

近年我国山岭隧道围岩失稳事故频发(如塌方、大变形、突泥/水)，导致了大量人员伤亡和设备损失，如何通过现场监测实时掌控围岩稳定性并进行安全预警已成为当前山岭隧道修建的关键难题之一。目前，山岭隧道安全监测(如围岩收敛变形监测、锚杆应力监测等)通常采用人工现场读取数据，其自动化程度不高、采集频率较低，难以获得现场围岩变形与稳定性演变全过程的监测数据。而且人工读取现场原始测量数据后通常还需进行二次处理，工作量大且时间滞后严重，不利于现场一线人员和后方管理人员及时掌控工程围岩稳定性，从而无法进行实时安全预警，规避和减小围岩失稳灾害导致的损失。与此同时，当隧道出现塌方或岩爆事故等危险征兆时，出于人员人身安全考虑，无法再继续实行人工测量，这会造成破坏前相关重要数据丢失，导致工程的动态反馈分析与设计优化无法继续开展。近年来，随着光学、电学、传感器技术、分布式信息处理技术和无线网络技术的迅猛发展，适时采用一种新型隧道远程在线遥测系统构架方式，对工程开展远程监测已是大势所趋。

然而，当前可知的适用于地下工程中远程在线遥测系统构架方式和技术方法储备却严重不足，仅有的远程监测系统或方法，也还有待改进：

(1)基于新型光纤传感材料的远程监测系统或技术，如FBG、BOTDR等：采用光纤作为采集元件和传输介质，具有可获得较高测量精度数据的优点，得到了工程监测人员的青睐，但也存在一定缺陷，即光纤材质本身纤细、质柔的特点，使其抗干扰能力较差，极易发生折断或拉断现象，同时，光纤传感器管片封装困难、操作步骤繁琐复杂，对现场操作人员技术水平有较高依赖，且基于采集原理的本质属性(谐振波长、布里渊散射光频率)，光纤监测系统不能直接给出全数字化采集结果，需要后期人工对现场采集数据进行换算，影响工程及时预警，从而极大限制了其在工程监测领域的广泛应用。(中国专利公开号：CN201410074059.5，专利名称为“基于光纤传感网的智能隧道监测和报警系统”，该申请案在布置基于光纤传感网的智能隧道监测和报警系统时，需将光纤传感网整体嵌入隧道中，这不仅对施工作业产生干扰，同时在较大程度上也增大了装置破坏风险；中国专利公开号：CN201110406026.4，专利名称为“隧道收敛变形分布式光纤监测方法及系统”，该申请案基于BOTDR方法，需事先对传感器标距长度收敛值与传感光纤应变变化量之间的相关性进行标定，操作程序较为复杂，且需对测量结果进行人工转换，不能直接输出数字化结果；中国专利公开号：CN201510545819.0，专利名称为“一种基于光纤传感的地铁隧道安全监控系统及监控方法”，该申请案将传输介质光纤布设于隧道洞壁，易受人工开挖作业影响而导致光纤折断，造成监测中断；《岩石力学与工程学报》，2005年第15期，题名“隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究”，作者施斌等，该研究采用BOTDR分布式光纤应变监测技术成功对南京鼓楼隧道进行健康监测，但在布设现场需使用BOTDR分布式光纤应变仪逐根对光纤进行光损耗量测和断点检测，操作步骤繁琐、工作量大；《岩石力学与工程学报》，2008年第增2期，题名“FBG传感器在量测围岩内部位移中的应用”，作者孙新民等，该研究采用FBG传感器对西华岭隧道围岩位移进行了全天候监测，获得了大量的位移-时辰曲线，但其需事先对管片进行特殊封装)。

(2)无线传感器网络技术：利用无线通信网络，完成智能传感器信息发送、传输和接收，从而规避系统电能供给和传输路径问题，但隧道内部几何特征和构造特征的固有属性，使得以下四点问题:信号传播强度弱，时间难同步、仪器鲁棒性差同时仪器能耗高电源难以保持较长时间供给,迄今依然缺乏有效的解决办法，目前，不可否认的是基于wsn构架的远程监测系统距实践应用仍然还有很长的路要走。(中国专利公开号：CN201410190351.3，专利名称为“一种盾构隧道变形无线监测系统及方法”。《传感器与微系统》，2011年第四期，题名“ZigBee技术在隧道施工监测中的应用”，作者陈新等。《岩石力学与工程学报》，2008年第增2期，题名“无线传感器网络技术的研究进展及其在地铁隧道中的应用挑战”，作者谢雄耀等)。

发明内容