非接触性监测技术在潜埋隧道中的应用

孙国著

摘 要：拟建隧道穿越高速公路，铁路既有线路，城市主干道，机场飞行禁区等情况下时，为了不影响交通运营，监测人员不能进入运营区域，因此，要采取非接触性监测手段。针对机场某工程的非接触性监测的有效运行，对非接触性监测内容进行论述，其具有实时性及准确性的优点，具有广阔的应用前景。

关键词：自动化；监测；隧道

中图分类号：U458.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0056-02

拟建隧道穿越高速公路，铁路既有线路，城市主干道，机场飞行禁区等情况下时，为不影响交通运营，地表沉降监测及土体位移监测人员在运营期间不能进入禁区，要采取非接触性监测措施。非接触性监测系统要具备以下特点：

①时效性。非接触性监测系统要24 h实时监测，数据及时有效。

②准确性。仪器精度及监测方法要满足规范及设计要求。

③信息处理自动化。建立数据采集、分析及反馈的自动化系统，数据采集及数据分析由分析软件自动生成，出现异常状态立即反馈给施工单位。

本文通过机场某项目的非接触性监测的成功实例对非接触性监测进行分析论述。

1 工程背景

机场某项目要通过暗挖方式穿越飞行禁区。机场对监测工作有以下要求：

①不停航期间监测人员不能进入飞行禁区。

②飞行禁区上布置监测点不能对飞行禁区造成破坏，也不能做明显的标志，确保飞行员视线安全。

③根据机场安排时间进行监测，听从机场塔台安排。

④无限信号管理，监测设备发出的无限信号不能影响机场运营。

⑤监测自动化系统具有准确性及时效性。

2 非接触性监测系统设计

根据机场的要求，通过多方专家进行论证，一致认为要采集地表沉降及飞行禁区地表沉降的数据，且要确保数据的准确性和及时性，要对水准仪监测的方法进行有效替代；必须采取新的方法。非接触性监测系统设计采用3种新方法：静力水准仪、点式光纤监测及设置基站及测量机器人。在现场设立信息化处理中心，用有线传输的方式将3种方法采集的数据传送至中心，用计算机及相关软件进行分析，如图1所示。

3 非接触性监测系统的内容

3.1 静力水准仪

3.1.1 静力水准仪实施原理

采用集成原理的形式，使用电容传感器，监测每个测点器皿内液面对应变化，进行数据处理得出各点相对高程变化。

3.1.2 数据采集及处理

静力水准仪通过数据采集仪传送到计算机内，监测精度0.2 mm。通过软件自动计算，形成excel图表，如图2所示。

3.2 点式光纤

3.2.1 布拉格光纤光栅（FBG）测试原理

当光波传输通过光纤布拉格光栅时，光波矢被反射，将入射光栅波矢分成投射光波矢和反射光波矢两部分，当布拉格光栅受到外界应变（或应力）作用时，光栅周期会发生变化，直接或间接地利用应变改变光栅中心波长，如图3所示，达到测试被测物理量的目的。因此，通过测试传感器的波长变化，可以获得相应的应变和温度变化值。

3.2.2 数据采集及处理

光纤光栅解调仪采用美国MOI公司产SM230-800，如图4所示。其技术指标见表1。采集的应变数据通过分析软件分析，形成excel表格，自动生成沉降曲线。

3.3 测量基站及测量机器人

3.3.1 测试原理

通过设置基站、基站顶部放置测量机器人及飞行禁区贴反射片的办法对飞行禁区进行沉降观测。测量机器人采用徕卡TCRP1201+，具有自动马达系统，误差为1 s。经过计算，关键部位最大误差可控制在0.7 mm以内（距离150 m），最小误差0.3 mm。

3.3.2 监测点布设

为确保反光片与飞行禁区地表粘结紧密且不受航空器发动机气流影响，利用停航时间，用打磨机在飞行禁区地表上打磨，测点比地表低3 mm，清理干净，用环氧树脂胶打底，将5 cm×5 cm反光片贴在飞行禁区地表上，操作和效果图如图5和图6所示。

3.3.3 数据采集及处理

徕卡TCRP1201+系统根据设置频率，对飞行禁区进行不间断的扫描，监测数据通过监测基站传送到信息处理中心，专业软件处理后形成excel表格，自动生成变形曲线。

4 结 语

通过三种监测方法的实施，根据监测数据分析，监测自动化系统满足特定场地情况下的要求，对其他不允许人工操作的情况（如高速公路，铁路既有线路等）可以广泛推广应用。同时，非接触性监测具有实时动态、无人值守的特点，克服了传统监测方法的不足，极大地提高了监测效率，随着我国的经济发展，非接触性监测系统具有广阔的应用前景。

参考文献：

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