盾构隧道结构性态无线感知方法

为了实现盾构隧道结构性态多参量感知,构建盾构隧道运营期无线传感网络系统,考虑盾构隧道运营环境振动及粉尘、电磁干扰等特点,针对盾构隧道结构病害种类及特征,采用微机电系统研发适用于盾构隧道的无线倾角传感器、渗漏水传感器和接缝传感器。针对盾构隧道超长线性特征,采用二层网络拓扑技术,基于ZigBee协议和3G协议构建无线传感网络系统,实现对盾构隧道结构性态的多参量实时无线监测,并通过现场应用验证了系统的可靠性。结果表明:在隧道邻近基坑开挖过程中,无线传感系统可实时反映隧道结构性态变化规律。在基坑开挖不同阶段,结构变形速率与渗漏水状态实时发生相应变化;多种感知参量间数据相互支撑,盾构隧道横向收敛、纵向相对沉降与渗漏水发展规律一致;多种传感参量综合分析可更好地掌握隧道结构状态,如通过接缝传感器和倾角传感器数据综合分析,可知隧道结构发生向基坑侧旋转。因此,综合多种结构状态量监测可更加完整有效地反映盾构隧道在运营中的结构状态,从而为结构安全预警及合理养护提供技术依据。     

基于BIM技术的物联网运营地铁结构健康监测系统设计与实现

为对运营隧道的健康状态进行实时监测，提高监测的准确性，以武汉地铁3号线王宗区间监测项目为背景，研究基于BIM技术的物联网运营地铁结构健康系统架构。针对监测指标的具体特征（例如沉降、倾角、加速度），阐述传感器网络的布设与监测数据的传输方案，进行预警分析和评估结果系统界面演示。通过BIM核心数据库的内容构建，基于DYNAMO参数化提出运营隧道三维建模方案，实现三维模型与多级预警制度的集成，实现监测预警的可视化，为运营隧道结构健康监测系统设计、传输方案选取、监测量预警分析与预警可视化方向提供思路。     

运营铁路隧道病害检测、监测、评估及整治技术发展现状

铁路隧道病害具有一定的发展过程，如何在隧道病害进一步恶化之前采用相关仪器设备进行有效检测和实时监测，并进行定量化的科学评估，是铁路隧道检测、监测和评估领域面临的问题与考验。通过在铁路隧道运营维护领域的多年探索和积累，总结当前运营铁路隧道检测、监测、评估及整治技术的发展现状，对运营铁路隧道的日常运维养修具有重要的参考意义。首先，通过对铁路隧道病害进行普查和调研，对运营期铁路隧道病害进行梳理；然后，利用由验收检测、周期检测、日常检测、重点监测构成的运营铁路隧道检测、监测体系，及时掌握运营铁路隧道的运营状态；此外，基于运营铁路隧道状态评估方法，实现隧道建筑物劣化状态的快速评定；最后，通过对铁路隧道病害类型的归纳和原因分析，总结出一套适用于运营铁路隧道的病害整治技术体系。     

FBG应变传感器在隧道长期健康监测中的应用

隧道结构长期运营安全监测需要采用长效性好的传感测试技术,近年发展起来的光纤光栅传感器是一种数字式的光纤传感技术,具有长期稳定性好、测量精度高和适宜远程监测等优点.将光纤光栅传感器应用于厦门翔安隧道结构健康监测系统,实现了对二次衬砌混凝土应变的长期监测.结果表明光纤光栅传感器测量数据稳定可靠,监测效果良好.     

基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统

针对城市立交桥运营期间的结构健康监测问题,基于LoRa无线网络技术设计并研发了城市立交桥远程监测数据采集系统,并进行了工程应用。系统以物联网架构为基础,由安装于城市立交桥现场的传感器数据采集节点、无线传输节点和部署在云端的监测云平台的3部分组成。现场设备通过LoRa技术以星形拓扑结构进行无线组网,将采集的监测数据远程上传至云平台,最终实现了监测数据的自动采集、无线传输、远程监控、智能预警的全功能流程。监测结果表明,基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统对提高城市桥梁运营期间的安全管理水平具有积极意义。     

基于物联网的隧道洞口结冰动态监测技术研究

随着公路隧道运营里程的增加,隧道洞口结冰引起交通事故率增大的问题更加突出。为保障隧道行车安全,提升隧道运营安全管理水平,基于物联网技术对隧道洞口结冰动态监测技术进行研究,并建立隧道洞口结冰动态监测Web平台,通过DTU无线传输设备对洞口路面温度、空气湿度进行采集和综合数据分析,实现了对高速公路隧道洞口路段结冰的实时监测和预警,从而保障了高速公路交通运营安全。     

面向运营隧道结构健康监测系统大数据压缩感知研究

为解决运营隧道健康监测系统中多节点传感器网络下高频采样带来的大数据储存和传输问题,在运营隧道结构健康监测系统数据采集和传输层引入传感器网络框架表示模型,对传统的压缩采样数据重构算法进行改进,用迭代方法求解最小化范数问题,提出基于传感器网络的压缩感知重构算法,并通过工程实例对提出的方法进行了验证。结果表明:1)在一定采样率条件下,基于传感器网络的压缩感知重构算法可以有效地增加数据恢复的效率,加速度信号采样率越大其重构精度越高; 2)相同采样率条件下,基于传感器网络的压缩感知重构算法得到的重构数据精度要高于传统单节点压缩感知重构算法; 3)压缩采样率为60%以上时,信号重构误差不超过20%,符合工程应用标准; 4)基于传感器网络的压缩感知重构算法具有局限性,传感器节点个数存在耦合上限,当传感器节点超过6个时,重构信号的精度无明显变化。     

基于工业以太网的隧道施工通风环境参数自动监控系统研究

为提高隧道施工通风系统自动化、信息化水平,提出了一种基于工业以太网络的隧道施工通风监控系统结构框架。系统由上位工控机、下位1200系列PLC及相关模块和传感器组成。工控机中采用Win CC软件编写监控程序,实现隧道施工环境与工作参数的实时监测;采用神经网络算法对现场数据进行学习,得到变频器输出频率的控制规律;1200PLC通过485电缆读取传感器数据;1200PLC和工控机之间通过以太网网线、光纤和无线局域网构成工业以太网络,实现系统环境参数和工作参数的共享。系统在天目山隧道施工通风项目部进行了调试与测试,结果表明:1)1200PLC可以采用485电缆和Modbus协议在掌子面施工环境下顺利读取多个传感器的数据;2)可以采用无线WIFI技术实现衬砌台车两端信息的稳定、可靠传输;3)可以采用神经网络模型实现施工隧道环境参数与风机频率之间的非线性映射。     

基于无线物联网的桥梁应力监测系统设计

本文主要探讨采用无线传感器网络监测桥梁应力变化的系统设计,主要包括应力传感器数据采集、嵌入式系统数据处理、远程数据无线传输的关键技术实现,无线数据采集与传输模型的构建与实验,对桥梁日常实时监测提供了一种灵活、低成本的有效解决方案。     

基于物联网的瓦斯隧道安全监控系统

为解决当前隧道瓦斯监控系统存在的不足和实现监控系统“多网合一”、信息化和智能化的迫切需求,建立基于物联网的瓦斯隧道安全监控系统架构,从功能上分为感知层、传输层和应用层3层结构,并就其中涉及到的无线传感器网络、人员定位、无线甲烷监测系统、MIMO无线传输技术、智能视频系统、手机短信报警系统、爆破监控系统等实现瓦斯隧道内环境、人员、设备状态等全面监控所用到的关键技术进行研究,对便携式甲烷检测报警仪和智能瓦斯报警矿灯等新设备在瓦斯隧道中的运用情况进行分析与总结。实现了瓦斯隧道全面感知,传感数据无线传输,瓦斯移动与定点监测,人员精确定位,爆破人、机、环闭锁,远程与多级多员监控,充分实现了施工过程的智能化和信息化,起到了科学有效的监测监控和预警作用,提升了瓦斯隧道施工安全管理水平。     

无线传感网络技术在隧道变形与防灾监测中的应用研究

针对当前隧道结构变形与防灾监测手段存在的不足,对无线传感网络在隧道工程应用的可行性进行试验研究,提出一种基于材料力学的新型监测位移方法,结合不同的监测位置,建立相应的位移-倾角变化量的量测方程。通过室内管片加载试验,验证了新型位移监测方法的可行性和无线传感网络的稳定性,借助软件Smartfire进行了隧道火灾数值模拟试验,针对火灾温度场的分布情况,提出合理的监测距离和监测精度。通过室内试验和数值模拟,对无线传感网络的硬件及布置方案均提出相关指标,以满足工程实时监测要求。     

城市地下道路隧道结构健康监测研究

城市交通隧道的数量随着经济发展不断增多,隧道结构健康监测系统作为掌握隧道结构安全状态的有效措施也得到一定的发展。地下道路隧道由于投资规模、隧道长度较小等原因,致使结构健康系统较少应用在地下道路隧道中。本文依托园腾路地下道路隧道,采用“半智能化”结构健康监测的方式,降低结构健康系统成本的前提下,对隧道结构健康状态进行必要的监测。同时,对比测缝计、静力水准仪及形状传感器的监测结果,验证了形状传感器在接缝张开量、接缝两侧不均匀沉降的可行性。对城市地下道路等短隧道,降低结构健康监测系统的智能化程度、应用新型传感器现降低成本,提高结构健康监测系统在短隧道的使用率,对于提高管养质量、保障地下道路隧道结构安全上具有重要意义。     

日本铁路隧道病害和运维管理现状及对我国隧道运维技术发展的建议

日本铁路隧道（包括城市轨道交通）经过100余年的发展，产生了隧道老龄化严重、剥落掉块、开裂、劣化以及渗漏水等病害。通过调研日本铁路隧道建设情况、性能要求、病害类型与原因，得出日本铁路隧道约40%的病害与设计施工有关，27%的病害与运行环境有关，23%的病害与所用材料有关，10%的病害与外力变化有关。介绍日本铁路隧道维护管理体系（隧道检查、健康诊断、措施对策、记录存档）、自动检测技术和智能化技术等新技术的发展应用及存在的问题（相同条件下同类隧道的运维无法统一；自动化检测技术因成本过高或未达到标准要求，只能作为辅助检查手段服务于部分隧道；很多信息因保密无法实现资源共享；运维技术人员、隧道专业人才不足及人才老龄化严重等）。指出这些问题不仅阻碍了运维技术的高质量发展，也影响了整个运维成本和质量。针对我国隧道运维技术的发展，提出以降低隧道设施的全生命周期成本与延长服役寿命为目标，构建基于结构性能与成本的“预测型”运维体系，建议发展一体化运维技术、研发快速维修加固技术、开发智慧运维管理系统等，通过多学科融合交叉，构建系统性的运维管理体系。     

车辆实时监控系统中车载单元的设计与实现

车辆实时位置的确定和定位及状态信息的无线数据传输是车辆监控系统中的关键技术，其中包括GPS技术、GIS技术、无线数据通讯技术、信息融合技术等多种现代科技手段。为银行运钞车开发的车辆监控系统利用了Motorola 800MHz集群智慧网，自行开发了专用调制解调器，从而实现了GPS定位信息和控制信息的实时传输；车载定位单元采用惯性技术，可以有效克服个别地段GPS无法正常定位的缺陷；实施节能方案，可有效保障车载单元及车辆的正常运行。     

小净距重叠盾构近距离侧穿运营隧道施工技术研究

小净距重叠盾构近距离侧穿运营隧道施工技术要求高,需要确保运营隧道、成型隧道、周边建（构）筑物的安全。合理可行的施工方案能有效减小施工沉降,降低施工风险。针对昆明地铁首期工程市政通道配套施工项目,在施工中,采用同步注双液浆、渣土改良、成型隧道临时支撑、洞内管片注浆及试掘进段施工参数研究,在昆明火车站站—环城南路站区间实施小净距重叠盾构近距离侧穿运营隧道施工技术方案,顺利地完成了施工任务。     

特殊条件下隧道内设置拓宽变速车道长度研究

山区高速公路受地形影响,很多互通式立交的设置位置受到很大限制,导致隧道出口与互通式立交出口之间间距很小。根据隧道内车辆驾驶人员对隧道内标志的识别、辨识、认读,以及车辆变换车道所需距离等条件,考虑对某些处于特殊条件的隧道设置1个变速车道,以缩小隧道出口与互通式立交出口之间的距离。分析结果表明,在设计速度为80 km/h的高速公路2级服务水平下,隧道出口处拓宽变速车道的长度不宜小于309 m,一般宜大于310m。在设计速度为60 km/h的山区高速公路隧道内拓宽变速车道的最小长度为203 m,一般应大于210 m。满足以上条件时,可以在隧道出口处设置变速车道以减少隧道出口与互通式立交之间的间距。