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隧道变形安全监测方案 2015—09—17 编制 1.概述XXX隧道有效监测长度450米，隧道主要为列车通行，分上下行双向导轨。为保证行车及人身安全，需对隧道进行安全监测。监测项目有结构的相对沉降和相对位移，并推算轨道的运营状态，为行车安全提供保障。监测距离450米，上下行主要监测仪器主要有静力水准仪、位移计，上下行各监测仪器静力水准仪42台监测宽度红线以内10米红线以外15米、位移计41支。图1-1由于隧道监测长度比较长、监测点较多、工监测工作量比较大，考虑到安全方便特为贵公司采用以下方案实现自动化测量。XXX隧道监测物理量有隧道沉降变形、位移变形，我们为贵公司采用的仪器有静力水准仪、位移计。采集设备有MCU-32型模块化自动测量单元、GDA1105智能采集模块、GDA1102振弦模块。MCU负责采集采集数据将采集数据上传至数据服务器，数据服务器和后方监测部门实现以太网数据共享，用户可在任何时间、任何地点经以太网进行数据管理，方便用户自定义查询，即使前方计算机被病毒入侵数据丢失时，服务器内的数据将不会受到影响（见下图1-2）。 图1-22.系统的组成自动化采集系统由传感器（静力水准仪、位移计）、MCU-32型模块化自动测量单元、GDA1102振弦测量模块、GDA1105智能测量模块、服务器、PC机等组成。3采集仪器及采集设备3.1静力水准仪JL-1型静力水准仪JL-1型磁致伸缩式静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。磁致伸缩传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触浮球组成，测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆由不导磁的不锈钢管制成，可靠地保护了波导丝。测量时，由电路先发出一起始脉冲，脉冲沿波导丝传输，同时会产生沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的永久磁场相遇时，会产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭转，检测电路测量因扭转而产生的电流脉冲，并计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地算出被液位值。3.1.1主要技术指标a)测量范围：0～300mm；b)供电电压：+12VDC±10%；c)输出信号：RS485； d)最小读数：≤0.01%FS；e)线性度：≤±0.5%FS；f)不重复性：≤0.5%FS；g)滞后：≤0.5%FS；h)工作温度：－25～＋80℃；i)温度影响：≤0.07%FS/℃；j)信号输出最大负载1200m。3．1.2安装方式磁致伸缩安装附件分为测墩上安装附件和墙面上安装附件两类。3.2位移计VWD型位移计 VWD型振弦式位移计适用于长期测量水工结构物或其它混凝土结构物伸缩缝的开合度(变形)，亦可用于测量土坝、土堤、边坡等结构物的位移、沉陷、应变、滑移，并可同步测量埋设点的温度。加装配套附件可组成基岩位移计、多点位移计、土应变计等测量变形的仪器。振弦式位移计具有智能识别功能。3.2.1规格及主要技术参数规格代号VWD-20VWD-50VWD-100测量范围：mm0～200～500～100灵敏度k：mm／F≤0.01≤0.02≤0.04测量精度：F.S±0.1%±0.1%±0.1%温度测量范围：℃-40～+150-40～+150-40～+150温度测量精度：℃±0.5±0.5±0.5仪器外径：mm30.530.530.5仪器长度：mm300340400耐水压：MPa≥1≥1≥1绝缘电阻：MΩ≥50≥50≥50注：频率模数F=Hz2×10-33.2.2工作原理当被测结构物发生变形时将会引起位移计的位移，经万向连轴节传递给二级机械负放大机构，经负放大后的位移传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的位移量。同时可同步测出埋设点的温度值。位移计在长春地铁站的应用图见下图3.3自动化采集系统3.3.1MCU-32型分布式模块化自动测量单元MCU-32型分布式模块化自动测量单元(以下简称MCU-32)是一种通用型的测量数据采集设备，可用于水电﹑铁路﹑公路﹑矿山﹑国防及建筑工程安全监测领域，可采集的传感器输出信号有振弦、电压、电流、电阻、开关量等各种有源或无源传感器。MCU-32可单台或多台组网自动采集数据，能适应工程现场气候环境，并具有防雨、防 雷、抗干扰等性能。主要功能有分布式网络化测量、测量数据存贮、定时采集、离线采集、计算机通讯、越限报警、测量数据管理、数据分析及制图、测量结果输出、附设人工比测功能等。每台MCU-32有四个测量模块槽，用户可根据传感器类型任意定制模块组合，模块不需要进行任何设置，即插即用，系统自动识别模块类型及插座地址。四个模块任意拆卸、组合，由上到下依次为模块四到模块一。模块种类有GDA1102振弦采集模块、GDA1104电压采集模块、GDA1103差阻采集模块、GDA1105智能采集模块、GDA1701水文模块。贵单位所应用的为GDA1102振弦采集模块、GDA1105智能采集模块。3.3.1.1技术指标a)工作电源：220V交流电或16.5V太阳能供电；b)整机功耗：测量500mA(与内置模块类型有关)，待机5mA(省电模式)；c)显示屏：240X128高点阵LCD；d)传输距离：约1200米(485传输)，其它传输方式由外置传输设备决定；e)波特率：9600bps(RS485)或1200bps(无线数传电台)，波特率可调；f)工作温湿度：温度-30°C～+70°C，相对湿度≤90%；g)存贮数据：约7000×32条；h)数据保持时间：10年；i)接入传感器：32支(振弦式或差阻式传感器)；j)组网数量：64台；k)单台巡测：30秒；l)安装方式：壁挂式；m)CPU理论寿命：100年；n)整机设计寿命：10年。3.3.2测量模块3.3.2.1GDA1102振弦采集模块GDA1102型数据采集智能模块适用于自动采集振弦式传感器信号，其测量精度高、功能齐全、抗干扰能力强、适应长期运行，同时可设定各类振弦式传感器的温度电阻基值并采集。模块有金属外壳，可有效防护电磁干扰。模块上有12个工作状态指示灯，同时显示电源、测量、收信、发信、各通路的工作状态。模块与主板为即插即拔式设计，系统自动识别模块类型及插座地址。GDA1102型数据采集智能模块有通道扩展切换功能，可将8路频率测量通道扩展至16路。规格及主要技术参数规格代号GDA1102测量通道数：个16接入振弦传感器：支0～8/0～16接入温度传感器：支0～8频率扫频范围：HZ400～5000频率测量分辨率：HZ≤0.1温度测量范围：℃-40～+150温度测量分辨率：℃≤0.1满接巡测时间：秒≈40单点存贮容量：次7000通讯接口：RS485 工作温度：℃-25～+603.3.2.2GDA1105振弦采集模块GDA1105型数据采集智能模块适用于自动采集各类RS485信号传输的传感器，其测量精度高、功能齐全、抗干扰能力强、适应长期运行。模块有金属外壳，可有效防护电磁干扰。模块与主板为即插即拔式设计。规格及主要技术参数规格代号GDA1105RS485通道数：个8测量分辨率：%F.S≤0.01满接巡测时间：秒≈40单点存贮容量：次7000通讯接口：RS485工作温度：℃-25～+603.4通信MS-1数据采集模块通讯可分为两类有线通信和无线通信。其中有线方式有现场总线（RS-485）通信、光纤调制解调器通信，无线方式有无线短波（数传电台、无线网桥）与移动GPRS通信等。水雨情气象站一般安装较为偏僻远离市郊，与监测中心距离较远。同时施工难度较大，故选用无线通信方式进行数据采集。3.4.1无线通信3.4.1.1GPRS通信GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRSDTU在设计 上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与监测站的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。同时GPRS通信可实现远距离实时监测。减少施工成本及工作量。3.4.1.2电台通信与拉专线相比，数传电台安装较方便。而且通信距离相对较远，最远可达几十公里，网络延迟少，实时性较高，特别适合于需要及时进行远程控制的地方。虽然数传电台和拉专线相比有较大的优势，但也有明显不足。数传电台的通信距离由其发射功率决定，因此对于通信范围要达几十公里的数传电台而言，其瞬间发射功率可达十几到几十瓦，这就对终端系统的电源提出了较高要求。因为电源问题而造成负荷终端设备瘫痪的不在少数。从安装上讲，为了减少建筑、树木等对无线信号的影响，在终端的安装处往往需要架设十几米的发射天线，安装时是一个不小的工作量，而且，如此高的天线，对防雷击也提出了较高要求。此外，数传电台的传输距离受环境的影响较大，山区与平原通信距离有着明显的差距。其平均通信距离往往达不到其设计最大值，对于较远的监控点往往需要架设中继站。3.4.1.3网桥通信无线网桥传输采用2.4G无线技术，将采集的数据通过网络方式发送到接收端，然后通过串口服务器接入计算机。网桥的性能比较可靠，相对于传统的485通讯方式，它有着不可比拟的优势。而且网桥可以传输大量的数据，同时接入网络，只要在同一网内就可以查看控制自动测量单元，更加简洁方便。无线网桥传输距离受环境影响，而且天线为定向天线，有一定的角度。当主站与从站中间有较大阻挡物，直接会影响到通讯距离。3.5采集软件 3.5.1系统采用先进的开发工具Visualstudio.Net研制开发，可运行在Windows2000/2003/XP操作系统下，使用SQLServer大型网络数据库。3.5.2大坝及工程安全监测所涉及到各种仪器过程图线，都可以编辑并储存为一组设置，每次绘图时调用可自动生成与该设置风格完全一致的图表。监测数据最大限度地以图、表的形式加以展现，一目了然。3.5.3能管理众多的串口、协议和路由，胜任复杂的分布式测量通信系统的数据采集、传输和管理，并具有充分的可拓展性。可将若干个工程的安全监测信息集中在一起，这些工程既可具有一定程度的地域性，也可相隔在全不同的区域。3.5.4可定制的表格包括监测结果的年、季、月、旬、周、日等各种周期报表，表格风格随意多样，能适应任意复杂的格式，表格中数据的定义丰富齐全，包括普通测值、条件测值和各种特征值在内的几乎所有的报表需要的数据都能轻松获得。庞杂繁多的系统资源构成信息和监测数据可以方便地备份和恢复，既能保障系统的可靠与安全，又使系统的建立、维护和扩充更加方便。3.5.5通过提供的固定算法和用户自定义算法，能实现各种不同的监测成果计算。4总结本套方案实现了多点采集自动化测量，减少了作量，节省成本，系统安装完成后无需专业人员也能对数据进行采集分析，达到安全检测目的。