中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江杭州 310030
摘要:深入探讨自动化监测技术的发展现状和趋势,分析其在隧道施工中的应用价值,重点介绍隧道施工中常用的自动化监测技术,如传感器网络、激光扫描和无人机监测等。分析自动化监测技术在隧道施工管理中可能面临的挑战,如数据处理与分析、系统可靠性等问题,并提出了相应的解决策略。对自动化监测技术在隧道施工安全预警中的实践应用深入研究,以期为隧道工程提供一些参考。
关键词:隧道施工;安全预警;自动化监测;数据处理
1监测目的和原则
隧道工程建设过程中,为保证施工安全而实施的监测工作,可以达到以下的目的:①及时发现不稳定因素。拟建隧道区域工程地质的复杂性,以及自然环境因素的不可控影响,需借助自动化监测手段了解掌握施工过程中隧道的安全状态。②指导现场安全施工。施工现场可根据监测数据所反映的周边岩土体的安全稳定状态而做出适当调整。③分析区域性施工特征。通过对监测数据的采集与分析,直接反映出监测对象的实际变形与稳定状态以及现场施工对周边环境状况的影响程度,以此分析该区域的施工特征,为本地区类似的工程积累宝贵的经验。
根据以上对隧道工程监测目的和重要性的认识,在具体的监测过程中,必须遵循以下原则:①可靠性原则:这是监测系统设计中,为保证施工安全所考虑的最重要的原则。②多层次监测原则:在隧道内多方位布点以形成具有一定覆盖率的监测网,确保监测数据的可靠连续。③重点监测关键区域的原则:对各个开挖段应该根据工程经验在重点部位进行监测,以保证隧道的施工安全。
2自动化监测平台
2.1全站仪
隧道施工时,需要使用徕卡TS系列全站仪进行监测。该全站仪具有自动化监测功能和高精度测量技术,能够在不同环境和条件下实现高效和精确的测量。其可以自动调整焦距,有利于减少人工操作,提高测量的便捷性。其配装监测正倒镜,可在不同高度的测量中方便的进行切换,适应不同的测量任务。全站仪能够自动记录测量数据,实现实时数据采集和分析。在实践运用中,可将测量数据上传到计算机或云端,方便后续处理和管理。
2.2反射棱镜设备
反射棱镜是一种接收全站仪发射的测量信号,并将信号反射回去进行测量的装置。在隧道工程中,工作人员需要根据设计要求和实际需要,在合适的位置安装反射棱镜。通常是需要精确测量的点,如隧道控制点、变形监测点等。安装好反射棱镜后,工作人员需要确保其角度调整正确,反射面朝向全站仪或工作基站,以便准确地接收测量信号。全站仪发射激光束或测量信号,通过反射棱镜接收信号并计算出测量结果。
2.3计算机
GPRS是一种无线通信技术,用于将电子计算机与全站仪通过GPRS系统连接,使数据实时传输到中央监测中心或远程服务器,实现实时监测和数据分析。该技术可实现自动化地存储,综合各类观测并进行处理数据,有利于减少人为误差。数据的实时传输和自动化处理,使得工程人员能够随时监测施工过程和变化情况,及时做出决策和调整。自动化监测系统能够将大量的监测数据自动存储起来,提取有用的信息生成监测报表,便于技术人员了解隧道施工的状态,为施工过程的管理和决策提供支持。
2.4监测软件
Smart监测软件是专为监测工程设计的软件,全站仪提供准确的测量数据,Smart监测软件对数据进行实时处理和监测。应用Smart监测软件和全站仪,可实现全方位自动监测,包括隧道的形状、位移、变形等方面的数据。可根据需要创建数据表,将各类监测数据按照规定的格式和标准进行存储,以备将来分析和查阅。在监测工作中,循环计划管理可以确保不同设备的监测循环时间不重叠,合理规划,避免干扰和冲突。
2.5监测数据分析
利用Smart分析软件从自动化监测系统中获取原始数据,并进行一系列数据处理、计算和分析操作,可以提取有用的信息,包括异常数据筛选、数据平滑、计算平均值等。同时可使用编码程序,对不同类型的数据进行分类、标记异常数据、计算变化速率等操作。在监测中,使用平差软件可以排除测量误差,获取更准确的数据。在数据分析过程中,可以识别和筛选出异常数据,比如测量误差较大或不符合预期的数据。基于分析后的数据,可计算出周期监测数据的平均值、变化趋势等。在数据分析的最后阶段,结合施工实际需要对监测报告进行综合分析,有利于理解数据的意义,发现可能存在的问题或趋势。
3隧道施工安全预警中的自动化监测技术
3.1监测位置确定
在隧道施工中,安全预警自动化监测的位置选择至关重要。为确保监测数据能够准确反映隧道施工过程中的安全状态,监测点的布置应遵循一定的原则和标准。首先,监测点应设置在隧道的关键部位,如拱顶、拱腰、边墙等,以全面监测隧道的变形和位移情况。其次,监测点的布置应考虑到地质条件、施工方法和隧道结构等因素,确保监测数据的代表性和可靠性。
此外,为了实现自动化监测,监测点应具备易于安装、维护和拆卸的特点。同时,监测设备应能够适应隧道内部恶劣的环境条件,如高温、高湿、粉尘等。因此,在选择监测设备时,应充分考虑其适应性、稳定性和可靠性。
3.2自动化监测技术应用
首先,变形监测是隧道施工安全预警中的关键环节。通过使用全站仪、激光扫描等先进设备,可以实时监测隧道的变形情况,包括位移、沉降、收敛等关键指标。这些设备通过高精度测量,能够捕捉到隧道微小的变形迹象,从而及时发现施工过程中的不稳定因素。通过对变形数据的深入分析,可以为施工安全预警提供重要依据,帮助施工人员及时采取应对措施,避免潜在的安全风险。
其次,应力监测在隧道施工安全预警中发挥着重要作用。利用传感器网络等现代技术,可以实时监测隧道结构内部的应力分布情况。通过对应力数据的精确分析,可以了解隧道结构的受力状态,预测可能出现的破坏模式。这些信息对于评估隧道结构的稳定性和安全性具有重要意义,为施工安全预警提供了有力支持。
此外,地下水位监测也是隧道施工安全预警不可忽视的一环。隧道周围的地下水位变化情况对隧道稳定性具有直接影响。通过水位监测仪器,可以实时监测隧道周围的地下水位,从而及时发现潜在的安全隐患。当水位出现异常波动时,预警系统可以及时发出警报,提醒施工人员采取相应的防范措施,确保隧道施工的安全进行。
3.3解决策略
尽管自动化监测技术在隧道施工安全预警中发挥着重要作用,但在实际应用过程中,仍面临一些挑战和问题。其中,数据处理与分析是一个重要方面。大量的监测数据需要进行高效、准确的处理和分析,以提取有用的信息。为解决这一问题,可以采用先进的数据处理技术和算法,如数据挖掘、机器学习等,以提高数据处理效率和分析准确性。
此外,系统可靠性也是自动化监测技术面临的一个重要挑战。在隧道施工环境中,监测设备可能受到各种因素的影响,如高温、高湿、粉尘等,导致设备故障或数据失真。为提高系统可靠性,可以采取一系列措施,如选用高质量、高稳定性的监测设备、加强设备的维护和保养、优化数据处理和分析算法等。
结语:
随着技术的不断进步,自动化监测系统在隧道施工安全预警中扮演着越来越重要的角色。通过对多个角度、多个维度对施工过程进行全面监测,无论是地质变化、结构位移还是其他异常情况,都能够及时捕捉。智能化的监测提高了预警的准确性,为施工团队提供了有效的工具,有利于决策的科学性,也为保障工程质量和人员安全提供了有力保障。随着技术的不断发展,相信自动化监测技术将继续在隧道施工中发挥着越来越重要的作用,为城市发展和交通建设贡献更多的智慧和安全。
参考文献
[1]何旭基.隧道施工安全管理与风险预警技术应用[J].工程建设与设计,2022(5):222-224.
[2]李解.城市轨道交通施工安全风险管理知识支持机制及方法研究[D].北京:中国矿业大学,2018.