一种盾构隧道管片接缝的监测系统及监测方法

本发明属于隧道地下工程，更具体地说，是涉及一种盾构隧道管片接缝的监测系统及监测方法。

背景技术：

1、受施工工艺影响，盾构隧道管片衬砌存在大量的接缝，而这些接缝也成为盾构隧道最为薄弱的位置。在盾构隧道施工运营过程中，由于受到工程地质、施工因素以及运营环境的影响，盾构隧道可能出现不均匀变形，引起管片接缝错台与张开变形，进而导致隧道出现渗漏水、管片损伤等病害情况，直接影响盾构隧道施工与运营的安全性。由此可见，管片接缝对隧道防水及结构安全有重要影响。因此在施工与运营期间，有必要对管片接缝变形进行实时监测，以便及时发现异常并采取处置措施。

2、目前对于隧道管片接缝变形的监测方法主要是人工借助钢尺进行测量，人工监测主要存在如下局限性：1）监测及预警工作具有明显的滞后性，无法及时发现并指导解决工程质量问题；2）人工监测设备主要为钢尺，设备简单，且通过肉眼进行量测采集，测量精度较低；3）传统监测手段在数据存储管理与处理分析上需耗费大量的人力与时间成本，且容易出错，具有较大的局限性；4）由于采用人工监测方法只能定期进行量测，无法实现实时监测，不利于工程的信息化施工与管理。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种盾构隧道管片接缝的监测系统及监测方法，以解决现有技术中存在的难以监测盾构隧道管片接缝的变形的技术问题。

2、为此，根据本发明的一个方面，提供了一种盾构隧道管片接缝的监测系统，该盾构隧道包括多个依次连接的管片衬砌，相互连接的两个管片衬砌之间具有管片接缝，该监测系统包括：

3、数据采集系统，监测管片接缝对应的两个管片衬砌的相对位移，并根据相对位移的情况生成监测数据；

4、无线传输系统，利用zigbee无线传感网络和无线传输终端接收并传输数据采集系统发出的监测数据；以及

5、可视化监测预警系统，接收无线传输系统发出的监测数据并将监测数据进行归档、储存、管理与分析，可视化监测预警系统能够根据分析结果进行预警。

6、可选地，相对位移包括错台位移和张合位移。

7、可选地，数据采集系统包括：

8、光纤光栅双向位移传感器，用于监测错台位移和张合位移，光纤光栅双向位移传感器将监测到的错台位移和张合位移均转换为光信号；以及

9、光纤光栅解调仪，通过传输光缆和光纤光栅双向位移传感器连接，光纤光栅解调仪接收光纤光栅双向位移传感器发出的光信号，并将光信号解调为监测数据。

10、可选地，光纤光栅双向位移传感器垂直管片接缝布置，光纤光栅双向位移传感器的固定端和移动端分别固定在管片接缝两侧的管片衬砌上。

11、可选地，zigbee无线传感网络包括：

12、协议转换器，通过串口连接于光纤光栅解调仪，完成协议转换，并将监测数据转发给终端节点；

13、终端节点，终端节点通信连接于协议转换器，接收协议转换器传输的监测数据；

14、多个路由节点，通信连接于终端节点，路由节点用于转发终端节点发出的监测数据以延长终端节点的传输距离；以及

15、网络协调器节点，通信连接于路由节点，网络协调器节点建立无线网络并收集无线网络内与网络协调器节点连接的路由节点的监测数据。

16、可选地，无线传输终端采用gprs技术，无线传输终端通信连接于zigbee无线传感网络并通过信号基站与互联网相互通信。

17、可选地，可视化监测预警系统包括：

18、数据储存云服务器，相互通信连接于互联网，数据储存云服务器用于归档、储存与管理监测数据；

19、数据分析云服务器，通信连接于数据储存云服务器，数据分析云服务器用于对监测数据进行分析并能够根据分析结果发出预警信号；以及

20、可视化控制终端，通信连接于数据分析云服务器，可视化控制终端用于显示监测数据和/或根据预警信号警告管理人员。

21、可选地，可视化控制终端包括控制中心显示大屏和/或移动端软件。

22、可选地，可视化控制终端警告管理人员的形式为弹窗、邮件、短信或电话。

23、本发明提供的盾构隧道管片接缝的监测系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的盾构隧道管片接缝的监测系统包括数据采集系统、无线传输系统和可视化监测预警系统，数据采集系统监测管片接缝对应的两个管片衬砌的相对位移，并根据相对位移的情况生成监测数据，这样，数据采集系统能够实现对所测点位管片接缝变形的实时监测与数据采集工作，改善人工定期监测的缺陷；无线传输系统利用zigbee无线传感网络和无线传输终端接收并传输数据采集系统发出的监测数据，结合了zigbee与gprs技术的优点，利用较低的能耗就能实现数据在隧道内的无线传输与向上位机的实时远程无线传输，实现了网络的互联互通，数据连接统一完整，提高了数据存储、管理与分析的效率；可视化监测预警系统接收无线传输系统发出的监测数据并将监测数据进行归档、储存、管理与分析，可视化监测预警系统能够根据分析结果进行预警，如此，数据采集系统、无线传输系统和可视化监测预警系统相互配合，实现了远程对管片接缝变形的实时可视化监测、预警自动播报与预警点位展示，以便管理人员及时发现问题并采取处置措施，节约人力与时间成本。

24、根据本发明的另一个方面，提供了一种盾构隧道管片接缝的监测方法，采用如上述的盾构隧道管片接缝的监测系统，该监测方法包括如下步骤：

25、安装监测系统，将数据采集系统和zigbee无线传感网络的设备安装在盾构隧道内，将无线传输终端的设备安装在盾构隧道的洞口处，准备可视化监测预警系统的设备；

26、将数据采集系统、无线传输系统和可视化监测预警系统进行网络连接；

27、进行管片接缝的监测数据的采集和传输，数据采集系统采集管片接缝的监测数据后，通过无线传输系统传输给可视化监测预警系统；以及

28、进行管片接缝的监测和预警，可视化监测预警系统分析监测数据后根据分析结果显示监测数据和/或发出警告。

29、本发明提供的盾构隧道管片接缝的监测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的盾构隧道管片接缝的监测方法采用如上述的盾构隧道管片接缝的监测系统，实现了对盾构隧道管片接缝变形的实时、可视化、远程监测与预警，满足盾构隧道施工及运营期间对管片接缝健康监测的需求，具有能耗低、施工方便、监测精度高、监测实时化、预警及时化、运行可靠等优点。

技术特征：

1.一种盾构隧道管片接缝的监测系统，该盾构隧道包括多个依次连接的管片衬砌（1），相互连接的两个所述管片衬砌（1）之间具有管片接缝（2），其特征在于，所述监测系统包括：

2.如权利要求1所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述光纤光栅双向位移传感器（3）垂直所述管片接缝（2）布置，所述光纤光栅双向位移传感器（3）的固定端和移动端分别固定在所述管片接缝（2）两侧的所述管片衬砌（1）上。

3.如权利要求1所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述zigbee无线传感网络（9）包括：

4.如权利要求1所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述无线传输终端（13）通信连接于所述zigbee无线传感网络（9）并通过信号基站（14）与互联网（15）相互通信。

5.如权利要求4所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述可视化监测预警系统包括：

6.如权利要求5所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述可视化控制终端包括控制中心显示大屏（18）和/或移动端软件（19）。

7.如权利要求5所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述可视化控制终端警告管理人员的形式为弹窗、邮件、短信或电话。

8.一种盾构隧道管片接缝的监测方法，采用如权利要求1-7任一项所述的盾构隧道管片接缝的监测系统，其特征在于，所述监测方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种盾构隧道管片接缝的监测系统及监测方法，属于隧道地下工程技术领域，该监测系统包括数据采集系统、无线传输系统和可视化监测预警系统，数据采集系统监测管片接缝对应的两个管片衬砌的相对位移并生成监测数据；无线传输系统利用ZigBee无线传感网络和GPRS的无线传输终端接收并传输监测数据；可视化监测预警系统将监测数据进行归档、储存、管理与分析，并能够根据分析结果进行预警。本发明提供的盾构隧道管片接缝的监测系统及监测方法利用较低的能耗就能实现远程对管片接缝变形的实时可视化监测、预警自动播报与预警点位展示，以便管理人员及时发现问题并采取处置措施，改善人工定期监测的缺陷，节约人力与时间成本。

技术研发人员：吴怀娜,许啸鹏,陈仁朋,吴耀文,杨思齐,刘源,李钰
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12