本發(fā)明涉及隧道工程監(jiān)測領(lǐng)域，更具體涉及一種隧道遠程在線遙測系統(tǒng)串聯(lián)式組網(wǎng)方法，適用于水利水電、交通等隧道工程遠程在線遙測組網(wǎng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，隨著光學(xué)、電學(xué)、傳感器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一類結(jié)合全球第五代總線控制系統(tǒng)和GPRS技術(shù)的新型隧道遠程在線遙測系統(tǒng)，由于具有高采集頻率、自動分析、遠程實時傳輸?shù)葍?yōu)點，已成功取代常規(guī)監(jiān)測，被逐步應(yīng)用于大型公路隧道、水利水電地下產(chǎn)房等重點工程，并取得了較以往更為豐富、客觀、全面的各項圍巖指標(biāo)變化資料，獲得如位移、變形、錨桿應(yīng)力等全過程曲線，為后期分析巖體時空演變效應(yīng)、圍巖力學(xué)參數(shù)反演和穩(wěn)定性數(shù)值計算提供了直觀依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，對工程施工開挖支護方案進行反饋優(yōu)化，以最大程度的發(fā)揮圍巖自穩(wěn)作用，減少工程支護成本和有效節(jié)約人力成本，從而正式成為工程監(jiān)控量測的主流。

可以明顯得知的是，隧道遠程監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)方式，是監(jiān)控量測工作的“規(guī)劃師”，其組織行為本身高效、科學(xué)與否，對整個隧道監(jiān)測結(jié)果好壞有著最為直接的關(guān)系，同時對后期圍巖穩(wěn)定性評估和預(yù)警具有重要影響，但至今，關(guān)于此方面的報道卻鮮有提及(《計算機工程》，2004年第6期，題名“基于現(xiàn)場總線的隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計”，作者賀敬凱等?！段錆h大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)》，2007年第4期，題名“超長隧道、礦井預(yù)警分布數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)研究”，作者梁湘宜等。中國專利公開號：CN201410074059.5，專利名稱為“基于光纖傳感網(wǎng)的智能隧道監(jiān)測和報警系統(tǒng)”，中國專利公開號：CN201120171297.X，實用新型名稱“一種基于CAN總線的隧道監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”，中國專利公開號：201210063334.4，專利名稱為“一種隧道施工信息化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法”)合理的組網(wǎng)方式，不僅能第一時間充分獲取監(jiān)測斷面的各項圍巖變化信息，而且能有效規(guī)避隧道作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素對監(jiān)測工作的限制，同時最大程度減輕監(jiān)測工作對施工作業(yè)的干擾。

監(jiān)測數(shù)據(jù)在隧道內(nèi)部，是通過有線方式進行傳輸，同時每一個監(jiān)測斷面通常會埋設(shè)較多的監(jiān)測儀器，用于圍巖多項關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)測，因而在洞內(nèi)會裸露大量的儀器線，當(dāng)隧道進行施工爆破、機械開挖、噴錨支護等作業(yè)活動時，極易造成儀器線在裸露段或傳輸段斷掉，進而導(dǎo)致埋設(shè)儀器失效或監(jiān)測中斷，造成部分重要監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失，從而使工程的動態(tài)反饋分析與設(shè)計優(yōu)化無法繼續(xù)開展。因此，很有必要考慮在隧道復(fù)雜環(huán)境條件下，監(jiān)測數(shù)據(jù)如何安全、連續(xù)傳輸?shù)膯栴}。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述存在的不足，提供一種隧道遠程在線遙測系統(tǒng)串聯(lián)式組網(wǎng)方法，以優(yōu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸路徑，提高監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能力，降低儀器受損率，確保監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與連續(xù)性，同時減少對施工作業(yè)的干擾。

為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種隧道遠程在線遙測系統(tǒng)串聯(lián)式組網(wǎng)方法。

所述的串聯(lián)式組網(wǎng)方法包括以下步驟：

步驟1

在隧道開挖過程中，在沿開挖方向經(jīng)初噴混泥土后的隧道圍巖的左拱肩、拱頂、右拱肩分別埋設(shè)第一位移計、第二位移計、第三位移計；

在隧道拱頂埋設(shè)第一噴層壓力盒，第一噴層壓力盒位于初襯鋼拱架與噴層圍巖之間；

在隧道左邊墻、右邊墻分別埋設(shè)第一錨桿應(yīng)力計和第二錨桿應(yīng)力計；

第一位移計、第二位移計、第三位移計、第一噴層壓力盒、第一錨桿應(yīng)力計和第二錨桿應(yīng)力計分別經(jīng)信號線接入第一通道處理器，第一通道處理器經(jīng)電纜總線接入監(jiān)控中心；

步驟2

隨著隧道開挖推進至目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域，在經(jīng)初噴混泥土后的目標(biāo)監(jiān)測斷面后方隧道圍巖的隧道左拱肩、拱頂、右拱肩埋設(shè)第四位移計、第五位移計、第六位移計；

在隧道拱頂埋設(shè)第二噴層壓力盒，其位于初襯鋼拱架與噴層圍巖之間；

在隧道左邊墻、右邊墻分別埋設(shè)第三錨桿應(yīng)力計和第四錨桿應(yīng)力計；

第四位移計、第五位移計、第六位移計、第二噴層壓力盒、第三錨桿應(yīng)力計和第四錨桿應(yīng)力計經(jīng)信號線分別接入第二通道處理器，第二通道處理器通過電纜總線與第一通道處理器串聯(lián)連接；

步驟3

隨隧道開挖繼續(xù)推進至目標(biāo)監(jiān)測斷面，在所需監(jiān)測區(qū)域后經(jīng)初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設(shè)第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經(jīng)信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線與第二通道處理器串聯(lián)連接。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種隧道遠程在線遙測系統(tǒng)串聯(lián)式組網(wǎng)方法，主要具有以下優(yōu)點：

(1)串聯(lián)式接入方法，充分考慮了隧道的線性結(jié)構(gòu)特征，可與隧道逐層開挖工序形成有效結(jié)合，減輕監(jiān)測工作對施工作業(yè)的干擾，保證隧道斷面監(jiān)測系統(tǒng)接入的連續(xù)性，進而確保監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性，同時系統(tǒng)易于擴展。

(2)采用通道處理器實現(xiàn)隧道內(nèi)儀器線路集中，便于保護，進而降低了機械開挖、施工爆破、人工作業(yè)對線路的破壞幾率，同時通道處理器在具備普通數(shù)據(jù)處理器一切功能的基礎(chǔ)上，還能增加通信強度，并對異常傳感器進行隔離，從而有效保障正常儀器不受干擾，獨立完成數(shù)據(jù)傳輸。

(3)本發(fā)明組網(wǎng)方法可完全兼容不同類型的傳感器，而且對接入傳感器的數(shù)量和位置均沒有限制，同時安裝簡便，系統(tǒng)線路易于維護，同時線性串聯(lián)接入，有效規(guī)避了隧道作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等不利因素對監(jiān)測工作的限制，利于獲得較好的監(jiān)測結(jié)果，具有較強的推廣應(yīng)用價值。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的組網(wǎng)示意圖。

附圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

見附圖。

一種隧道遠程在線遙測系統(tǒng)串聯(lián)式組網(wǎng)方法，所述串聯(lián)式組網(wǎng)方法包括以下步驟：

1)在隧道開挖過程中，在沿開挖方向經(jīng)初噴混泥土后的隧道圍巖的左拱肩和右拱肩分別埋設(shè)第一位移計101、第三位移計103，兩者軸心保持在同一直線上，且與拱肩表面垂直，第二位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，第一錨桿應(yīng)力計105和第二錨桿應(yīng)力計106分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心保持在同一直線上，且與左邊墻和右邊墻表面垂直，后向埋設(shè)孔內(nèi)注漿，使儀器與圍巖耦合固定，其中儀器埋設(shè)深度均應(yīng)超過圍巖松動圈深度，且鉆孔深度略大于埋設(shè)深度，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，第一噴層壓力盒104則置于混凝土噴層與鋼拱架之間，底部使用鋼板托盤頂起，托盤與工字鋼架采用焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側(cè)走線后接入第一通道處理器107，其中，第一通道處理器107為八孔規(guī)格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

2)第一通道處理器107通過電纜總線601接入監(jiān)控中心301內(nèi)無線發(fā)送模塊501，監(jiān)控中心主機401通過usb轉(zhuǎn)RS485/RS422串口線403與無線發(fā)送模塊404相連，接收現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并安裝有遠程監(jiān)測軟件管理平臺402，用于對采集數(shù)據(jù)進行管理、分析和輸出，最后，監(jiān)控中心主機401借助電源線404與外部電源聯(lián)通，實現(xiàn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。

3)無線發(fā)送模塊501與監(jiān)控中心主機401相連，天線502與無線發(fā)送模塊501相連，用于增加信號強度，無線發(fā)送模塊501內(nèi)置有通信服務(wù)功能的SIM卡506，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與遠程服務(wù)器504的遠程通信，遠程服務(wù)器504和遠程客戶端505同樣裝有遠程監(jiān)測軟件管理平臺502，用于對采集數(shù)據(jù)進行管理、分析和輸出，同時遠程服務(wù)器503還裝有動態(tài)域名解析和端口映射軟件505，用于用于固定IP和建立端口映射，實現(xiàn)Internet下遠程服務(wù)器503和遠程客戶端504之間的遠程通信。

4)隨著隧道開挖推進至目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域，在經(jīng)初噴混泥土后的目標(biāo)監(jiān)測斷面后方隧道圍巖的隧道左拱肩和右拱肩，分別埋設(shè)第四位移計、第六位移計，兩者軸心保持在同一直線上，且與拱肩表面垂直，第五位移計202垂直埋入圍巖拱頂中，第三錨桿應(yīng)力計205和第四錨桿應(yīng)力計206分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心保持在同一直線上，后向埋設(shè)孔內(nèi)注漿，使儀器與圍巖耦合固定，其中儀器埋設(shè)深度均應(yīng)超過圍巖松動圈深度，同時保持垂直邊墻壁面鉆孔，且鉆孔深度略大于埋設(shè)深度，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，噴層壓力盒204則置于混凝土噴層與鋼拱架之間，底部使用鋼板托盤頂起，托盤與工字鋼架采用焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側(cè)走線后接入通道處理器207，第二通道處理器207通過電纜總線601與第一通道處理器107串聯(lián)連接，其中，第二通道處理器207為八孔規(guī)格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

5)隨隧道開挖繼續(xù)推進至目標(biāo)監(jiān)測斷面，在所需監(jiān)測區(qū)域后經(jīng)初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設(shè)第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經(jīng)信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線601與第二通道處理器207串聯(lián)連接，依次類推。

實施例

寧波地區(qū)某在修公路隧道，斷面呈圓形，全斷面開挖，洞身全長3850米，圍巖松動圈深度約為3米。存有四處節(jié)理密集帶，有一定的塌方風(fēng)險，分別在樁號位置為：ZK53+765、ZK53+780兩處埋設(shè)監(jiān)測儀器，開展圍巖穩(wěn)定性在線監(jiān)測，其中位移計、錨桿應(yīng)力計和壓力盒直徑分別為3、4、20公分，監(jiān)控中心位于隧洞外。

1)當(dāng)隧道開挖至樁號ZK53+780時，工作人員入場埋設(shè)第一組傳感器，埋設(shè)時間間選在圍巖初襯時同步進行。首先在相應(yīng)埋設(shè)位置打孔，打孔深度為3.2米，略大于松動圈深度，便于安裝和儀器測量，其中第一位移計101、第二位移計102、第三位移計103采用4公分鉆頭，第一錨桿應(yīng)力計105和第二錨桿應(yīng)力計106采用5公分的鉆頭，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，同時待打孔完畢，分別將第一位移計101、第三位移計103垂直埋入隧道左拱肩、右拱肩，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，第二位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，第一錨桿應(yīng)力計105和第二錨桿應(yīng)力計106分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，后向埋設(shè)孔內(nèi)注漿，使儀器與圍巖耦合固定，噴層壓力盒104安裝時，需提前準(zhǔn)備沙袋一個，沙袋攤平后面積稍大于壓力盒表面面積，以便于壓力盒均勻受力，將沙袋置于壓力盒頂與混凝土噴層之間，底部使用鋼板托盤頂起托盤與工字鋼架焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側(cè)走線后接入第一通道處理器107，其中，第一通道處理器107為八孔規(guī)格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

2)第一通道處理器107通過電纜總線601接入監(jiān)控中心301內(nèi)無線發(fā)送模塊501，監(jiān)控中心主機401通過usb轉(zhuǎn)RS485/RS422串口線403與無線發(fā)送模塊404相連，接收現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并安裝有遠程監(jiān)測軟件管理平臺402，用于對采集數(shù)據(jù)進行管理、分析和輸出，最后，監(jiān)控中心主機401借助電源線404與外部電源聯(lián)通，實現(xiàn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。

3)無線發(fā)送模塊501與監(jiān)控中心主機401相連，天線502與無線發(fā)送模塊501相連，用于增加信號強度，無線發(fā)送模塊501內(nèi)置有通信服務(wù)功能的SIM卡506，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與遠程服務(wù)器504的遠程通信，遠程服務(wù)器504和遠程客戶端505同樣裝有遠程監(jiān)測軟件管理平臺502，用于對采集數(shù)據(jù)進行管理、分析和輸出，同時遠程服務(wù)器503還裝有動態(tài)域名解析和端口映射軟件505，用于用于固定IP和建立端口映射，實現(xiàn)Internet下遠程服務(wù)器503和遠程客戶端504之間的遠程通信。

4)當(dāng)隧道掌子面推至樁號ZK53+780時，工作人員入場埋設(shè)第二組傳感器，埋設(shè)時間間選在圍巖初襯時同步進行。首先在相應(yīng)埋設(shè)位置打孔，打孔深度為3.2米，略大于松動圈深度，便于安裝和儀器測量，其中位移計201、位移計202、位移計203采用4公分鉆頭，錨桿應(yīng)力計205和錨桿應(yīng)力計206采用5公分的鉆頭，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，同時待打孔完畢，分別將位移計201、位移計203垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，錨桿應(yīng)力計205和錨桿應(yīng)力計206分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，后向埋設(shè)孔內(nèi)注漿，使儀器與圍巖耦合固定，噴層壓力盒204安裝時，需提前準(zhǔn)備沙袋一個，沙袋攤平后面積稍大于壓力盒表面面積，以便壓力盒克服噴層表面凹凸不平的不足，達到均勻受力，沙袋置于壓力盒頂與混凝土噴層之間，底部使用鋼板托盤頂起托盤與工字鋼架焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側(cè)走線后接入第二通道處理器207，第二通道處理器207通過電纜總線601與第一通道處理器107相連，其中，第二通道處理器207為八孔規(guī)格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

5)隨隧道開挖繼續(xù)推進至目標(biāo)監(jiān)測斷面，在所需監(jiān)測區(qū)域后經(jīng)初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設(shè)第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經(jīng)信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線601與第二通道處理器207串聯(lián)連接(i由監(jiān)測面數(shù)目確定)。

實施上述技術(shù)方法對該逐層開挖隧道進行穩(wěn)定性監(jiān)測，獲得了連續(xù)完整的如位移、變形、錨桿應(yīng)力等監(jiān)測量全過程監(jiān)測曲線，進而合理分析了隧道節(jié)理密集帶洞段圍巖穩(wěn)定性，并準(zhǔn)確預(yù)警了危險洞段圍巖塌方風(fēng)險，同時對工程施工開挖支護方案進行了反饋優(yōu)化，最后，實施本技術(shù)方法后現(xiàn)場施工開挖未出現(xiàn)任何人員傷亡，確保了施工安全。