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。     

基于BOTDA的隧道变形监测技术研究

由于隧道工程所处环境的特殊性与复杂性,为保证安全运营,须对其进行长期变形监测,提出了一种将气吹敷设传感光纤法和真空灌浆固定传感光纤法相结合的光纤传感器铺设方法。该方法能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,同时采用经典剪滞理论分析了该方法铺设的传感光纤感应结构应变的有效性,并结合工程应用介绍了基于分布式光纤传感系统的隧道变形监测技术的基本方法。     

基于BOTDR的土质隧道深部围岩变形监测技术

为了解决土质隧道深部围岩变形实时连续监测的难题,在分布式光纤监测技术的基础上,采用模型设计、试验与应用工艺验证的方法,研究开发了一种用于测试土质隧道深部围岩变形的实时监测方法,得出了监测力学模型与监测方程,提出了传感器的制作、布设与安装方法以及系统集成与实时监测的工艺技术。对研究成果进行了工程实地应用验证,并取得了初步的应用效果。     

测量机器人隧道施工自动变形监测的实现

使用传统测量仪器对隧道施工过程中隧道结构体进行变形监测时,数据采集、数据处理和预报过程相互独立,很难及时反映隧道自身安全。为了解决这一问题,基于测量机器人的隧道自动变形监测进行了研究与实现,介绍了以测量机器人为变形监测仪器,通过光纤和网络技术,使用VB编程语言和GeoCOM接口技术,采用SQL Sever数据库,实现远程控制测量机器人进行监测数据的自动采集和存储,并由计算机自动进行数据分析处理、自动预警和报警,从而达到自动监测隧道变形的目的,为隧道施工提供安全保障。从整个系统的硬件组成、软件构成及设计开发、成果处理及输出等方面,分别进行了论述。提出的隧道施工自动变形监测思路和方法,对隧道信息化施工中自动变形监测具有积极的参考意义。     

隧道结构围岩变形监测技术研究进展

综述隧道变形监测技术的现状,讨论该领域的研究热点,指出基于测量机器人、基于三维扫描技术、分布式光纤监测技术和基于影像的多传感器集成远程在线监测系统是隧道变形监测的重要发展方向.     

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.     

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。     

隧道无线健康监测系统环境敏感性分析

随着隧道运营时间的不断增加,在行车荷载、地质和水文条件变化、材料老化、周围环境施工等共同作用下,隧道结构会出现不同程度病害。隧道病害具有时间和空间随机特性。介绍采用隧道无线健康监测系统对隧道健康状况进行监测。隧道无线健康监测系统由无线传感器、中继器、基站和用户端组成,采用ZigBee技术实现监测数据无线传输。无线健康监测技术具有布置灵活、安装方便、便于维护管理等特点。对空旷场地、有遮挡场地和运营隧道等不同场地条件下的无线传感器传输距离和组网能力进行测试和研究,结果表明：中继器与无线传感器的相对位置对传输距离有显著影响,隧道内无线传感器的传输距离不低于100m;无线传感器自组网能力强,可以实现相互中继。     

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。     

考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价

针对盾构掘进过程中地层损失引起的地表变形,目前的理论解析法均假设盾构沿水平线进行掘进,尚未考虑盾构施工角度因素对地表变形的影响效应。基于修正源汇法公式,引入盾构俯仰角、隧道轴线倾角因素,通过离散方法建立考虑隧道轴线倾角的地表变形计算公式。通过基于实际工程参数的数值模拟计算及工程监测数据对提出的方法进行有效性验证,在此基础上深入分析隧道轴线倾角对地表变形的影响规律。分析表明,隧道轴线倾角对地表变形有明显影响:纵断面上,倾角直接影响地表变形曲线的斜率;横断面上,随着倾角增大,地表最大沉降越大,沉降槽越窄,变形曲线越尖锐。提出的考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价方法能够反映实际施工时角度因素对地表变形的影响。     

远程实时监测新技术在既有隧道变形监控中的应用

远程实时监测新技术在每个监测断面布置可自带无线模块的激光位移传感器,传感器自带无线发射模块,在一定的区域范围内自行组建成一个无线测量网络。由测试主机协调测量系统中各传感器进行测量,并将数据保存在测试主机的同时将数据通过移动网络发送到远程服务器,全球任何有网络的地方即可访问这些测量数据,实现远程无线实时的监控量测。新技术系统这些优良特性使得其在既有隧道的变形监测中具有了不可替代的优势。     

基于图像点云的多维度隧道初期支护大变形监测研究和应用

为获取隧道初期支护全方位的变形信息,解决传统监测方法中单点测量、变形监测点稀疏、无可视化效果、难以发现无监测点区域变形等不足,提出一种基于隧道初期支护计算机视觉图像点云的多维度变形监测方法,可实现隧道初期支护三维整体变形监测分析和二维拱顶沉降、周边收敛、典型截面全断面变形监测分析。应用结果表明:所提方法可全面、直观地获取隧道变形特征,是对传统监测方法的补充和完善,对隧道施工监测具有指导意义。变形监测结果可为研究隧道围岩变形规律和特征提供详实的数据资料。     

三维激光扫描技术在公路隧道施工监测中的应用研究

以某一隧道工程施工监测为对象,提出一种基于三维激光扫描技术的隧道断面变形监测。采用隧道外强制对中装置,将测量控制装置置于墙体有效的避免控制点变形而影响测量精度;采用全局拼接方法,通过在隧道两端设定标靶,实现点云各点三维坐标属性、反射强度、三维真彩色信息集合;通过隧道分割,根据三维不变矩平移旋转稳定特性,提取隧道中轴线姿态;利用MDP法(最小距离投影算法)进行隧道断面三维变形计算,确定隧道收敛和扩张变形量。通过降低区段选取长度,对区段间的点云信息抽稀,降低点云的密度。对比未进行抽稀和局部测量的激光扫描数据,可以发现采用该方式有效降低了监测过程中变形信号的标准差,缩短了计算量,提高了测量精度。     

一种基于布里渊光时域反射的土质隧道分布式光纤传感应用技术

为了开发一种高密度实时监测技术,用于及时了解隧道开挖面前方地层的变形情况,在分布式光纤监测技术的已有成果基础上,采用模型设计、室内试验与应用工艺验证的方法,研究开发一种用于土质隧道围岩超前位移监测的方法,得出监测力学模型与监测方程,提出传感器的制作与标定、布设与安装,系统集成与实时监测的工艺技术。研究成果在工程实践应用中得到了验证,取得了初步的应用效果。     

基于MEMS技术的微惯性传感器及在汽车上的应用

基于微电子机械系统(MEMS)技术的原理,介绍了微机械加速度计、微机械陀螺和微惯性测量单元等微惯性传感器的研究发展状况与主要产品,以及目前微电子机械系统惯性传感器在汽车导航系统等系统总成上的应用现状。最后,从汽车工程应用的角度,分析了提高微惯性传感器测量精度的方法及其在汽车上安装使用应注意的关键问题。     

预应力混凝土斜拉桥主塔运营过程变形监测技术

斜拉桥运营监测主要集中在主梁及拉索等监测上,分别采用连通管和加速度仪等成熟设备,而对主塔变形监测的研究较少。某跨越富春江的中央索面斜拉桥主跨径256m,成桥后安装了监测系统,包含监测主梁变形的连通管传感器、监测桥塔变形的GNSS传感器和倾角传感器。其中为了优化传感器布局,采用了平面正三角形布局。本研究基于GNSS技术对某已建成运营5年的斜拉桥主塔变形进行了实时监测,分别从不同的时间尺度研究了温度和车辆荷载对其变形影响,比较了理论分析结果和实测结果。经过将近1年的监测表明,对于中小跨径的斜拉桥,主塔刚度的贡献不容忽视,其变形监测在结构运营监测中不可或缺。     

无线倾角传感器在桥梁挠度长期监测中的应用研究

本文主要研究将无线倾角传感器应用于桥梁梁体挠度变化的长期监测。基于支座坐标与多个位置倾角监测数据,采用最小二乘算法构造了梁体下挠多项式曲线的拟合方法。在江苏南通如泰运河大桥的长期监测系统中部署了无线倾角传感器,获取了该桥的倾角监测数据,并根据3跨连续梁桥结构特点,选取6阶多项式进行拟合得到全桥挠度曲线。通过相关分析验证了桥梁挠度与环境温度的相关性。本项目的实施说明了快速布设的无线倾角计可以实现低成本高可靠的长期挠度监测,在未来实际工程中可进行广泛应用。     

一种基于布里渊光时域反射的土质隧道分布式光纤传感应用技术

为了开发一种高密度实时监测技术,用于及时了解隧道开挖面前方地层的变形情况,在分布式光纤监测技术的已有成果基础上,采用模型设计、室内试验与应用工艺验证的方法,研究开发一种用于土质隧道围岩超前位移监测的方法,得出监测力学模型与监测方程,提出传感器的制作与标定、布设与安装,系统集成与实时监测的工艺技术.研究成果在工程实践应用中得到了验证,取得了初步的应用效果.     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。