[发明专利]一种隧道全寿命周期的监测及预警系统及组建方法

说明书

本发明公开了一种隧道全寿命周期的监测及预警系统及组建方法，包括若干振弦式传感器和光纤光栅传感器、数据采集装置、数据处理传输装置、数据存储及分析装置，所述数据存储及分析装置用于接收数据处理传输装置传输的监测数据，并对监测数据进行处理，当监测系统自动识别到危险的监测数据时发出预警。与现有技术相比，本发明所采用的隧道结构内部应力和表面应变联合监测及预警系统，实现了隧道从施工到运营全寿命周期的结构安全的自动监测，并结合服务器集成的评价和预警系统，实现了隧道结构安全的自动评价和预警功能。该系统及施工方法高效、便捷，可以及时指导隧道施工和后期运营，有极高的实用意义。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别是一种隧道全寿命周期的监测及预警系统及组建方法。

背景技术

目前，随着多条藏区高速公路及进藏铁路的规划建设，越来越多的超大埋深隧道需要被修建。在我国西部山区，由于极其特殊的区域地质构造环境，使得这些深部岩体工程往往处于较为复杂的地质力学环境中。因此，隧道结构往往处于复杂的受力条件下，这对于隧道的施工带来了极大的困难。

而在隧道施工完成，投入运营之后，隧道结构的耐久性问题也不可忽视，渗漏水、开裂等病害，都会严重影响隧道的安全运营，严重时甚至可能导致隧道衬砌破坏，影响隧道结构的整体安全性。

而解决以上问题的关键手段就是隧道结构的健康监测，通过监测来反馈施工，动态施工，及时了解结构受力状态，以保证隧道施工参数合理、结构设计参数合理。运营期间更需了解二衬结构的耐久性状态，避免出现衬砌严重破坏影响正常运营的情况。

然而，现今我国大部分隧道的施工及运营中，所采取的监测系统和监测技术仍有诸多不足：

1.隧道施工监测以变形监测为主，当变形明显时，结构受力大多已经超过限制，结构可能已经进入塑性状态，难以再满足后续的正常使用，监测具有明显的滞后性。

2.在隧道施工期安装的监测传感器，受隧道施工影响极大，极易出现监测不准确，传感器存活率低的问题。

3.安装单一的监测传感器难以全面的反映隧道结构的受力状态。

4.隧道的监测大多服务于隧道施工，运营期的监测过少，难以服务于隧道的全寿命周期。

5.振弦式传感器由于安装在隧道结构内部，当传感器监测不准确或失效时，无法在后期进行修正或更换，是隧道结构健康状态全寿命周期监测的巨大困难。

6.传感器安装后，监测数据大多需人工采集及处理，当结构出现问题，难以及时反映出来。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种隧道全寿命周期的监测及预警系统及组建方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种隧道全寿命周期的监测及预警系统，包括安装于隧道监测断面的上部拱圈及边墙上的若干振弦式传感器和光纤光栅传感器；以及与若干振弦式传感器和光纤光栅传感器连接的数据采集装置，所述数据采集装置用于接收振弦式传感器和光纤光栅传感器采集的监测数据；以及与数据采集装置连接的数据处理传输装置；以及与数据处理传输装置连接的数据存储及分析装置，所述数据存储及分析装置用于接收数据处理传输装置传输的监测数据，并对监测数据进行处理，当监测系统自动识别到危险的监测数据时发出预警。

进一步地，所述振弦式传感器包括水压力计、土压力盒、钢筋计、混凝土计；

所述水压力计安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的围岩内部，每个部位安装一个水压力计；

所述土压力盒安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的隧道钢拱架背后，每个部位安装一个土压力盒，压力盒与围岩接触；

所述钢筋计安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的隧道钢拱架的内翼缘和外翼缘的内侧，每个部位的隧道钢拱架的内翼缘和外翼缘分别安装一个钢筋计；