[发明专利]一种单点地下结构健康监测系统及方法

说明书

本发明涉及地下工程安全技术领域，为一种单点地下结构健康监测系统及方法，包括：传感器群安设于地下结构上，以用于获取对地下结构的监测数据；数据采集及传输系统将传感器群的监测数据通过光纤传输至数据分析及趋势预测系统；数据分析及趋势预测系统接收传感器群的信号数据进行分析及趋势预测处理以获取处理结果；状态评估及报警系统接收数据分析及趋势预测系统的处理结果，以进行状态评估，并根据状态评估结果判断是否发出预警；以及，根据预警的等级对地下结构进行内部调控。该方案有效降低地下结构全寿命期的运营维护成本，最大限度延长结构的使用年限；同时，通过对地下结构和外部环境进行长期监测，为结构运营维护安全提供保障。

技术领域

本发明涉及地下工程安全技术领域，具体涉及一种单点地下结构健康监测系统及方法。

背景技术

近年来地铁建设发展速度迅猛，正在建设和已建成的地下车站不胜其数。现阶段，主要针对地下车站施工期采取施工监测或第三方监测的形式，反馈建设期的结构安全状态，保障建设过程的结构及周边建构筑物的安全。但是，针对已建成的地下车站尚无成熟的健康监测预警系统，无法对建成后运营期尤其是在偶然状态(如地震、偶然超载等)作用下的地下结构安全状态进行合理准确的反馈，无法给运营期的地铁车站结构维保工作提供一手支撑资料，从而难以从根本上解决部分运营期暴露的问题。

地铁车站结构体系复杂，结构安全控制要求高，所处地质条件、周边环境复杂，尤其是车站周边工程活动(堆载、打桩、隧道穿越)难以预测，容易诱发结构病害；长期运营的列车荷载容易导致车站主体结构承受不同程度的加卸载循环效应，结构疲劳损伤特征明显，对其变形和长期稳定性极为不利；此外，可能发生地震等偶然作用，对结构的安全状态也需要进行合理的评判。

现阶段，结构监测主要针对地下车站施工期采取施工监测或第三方监测的形式，反馈建设过程的结构及周边建构筑物的安全。但是，针对已建成的地下车站尚无成熟的健康监测系统，无法对建成后运营期尤其是在偶然状态(如地震、偶然超载、打桩、隧道穿越、岩溶等)作用下或列车运行加卸载循环疲劳损伤诱发的结构病害等地下结构安全状态进行合理准确的反馈，无法给运营期的地铁车站结构维保工作提供一手支撑资料，从而难以从根本上解决部分运营期暴露的问题。

此外，现有少量结构监测系统也有以下不足：单方面依赖结构监测数据进行分析，无法结合结构数值分析计算的设计结果进行比对。

发明内容

本发明提供了一种单点地下结构健康监测系统及方法，解决了以上所述的地下车站开展结构健康监测及预警不完善的技术问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种单点地下结构健康监测系统，包括：站点结构、安装在所述站点结构上的传感器群、数据采集及传输系统、数据分析及趋势预测系统、状态评估及报警系统；

所述传感器群安设于所述地下结构上，以用于获取对地下结构的监测数据；

所述数据采集及传输系统用于将传感器群的监测数据通过光纤传输至数据分析及趋势预测系统；

所述数据分析及趋势预测系统用于接收传感器群的信号数据进行分析及趋势预测处理以获取处理结果；

所述状态评估及报警系统用于接收数据分析及趋势预测系统的处理结果，以进行状态评估，并根据状态评估结果判断是否发出预警；以及，根据预警的等级对地下结构进行内部调控。

可选的，所述预警的等级包括Ⅰ级预警情况、Ⅱ级预警情况及Ⅲ级预警情况；

当实际监测值不大于各监测项报警指标的50％时，则输出为Ⅰ级预警情况，正常运营；

当实际监测值介于各监测项报警指标的50％～70％时，则输出Ⅱ级预警情况；

当实际监测值大于各监测项报警指标的70％时，则输出Ⅲ级预警情况，判定为危急报警区域。