孫國著

摘 要：擬建隧道穿越高速公路，鐵路既有線路，城市主干道，機場飛行禁區(qū)等情況下時，為了不影響交通運營，監(jiān)測人員不能進入運營區(qū)域，因此，要采取非接觸性監(jiān)測手段。針對機場某工程的非接觸性監(jiān)測的有效運行，對非接觸性監(jiān)測內(nèi)容進行論述，其具有實時性及準確性的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：自動化；監(jiān)測；隧道

中圖分類號：U458.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0056-02

擬建隧道穿越高速公路，鐵路既有線路，城市主干道，機場飛行禁區(qū)等情況下時，為不影響交通運營，地表沉降監(jiān)測及土體位移監(jiān)測人員在運營期間不能進入禁區(qū)，要采取非接觸性監(jiān)測措施。非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)要具備以下特點：

①時效性。非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)要24 h實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)及時有效。

②準確性。儀器精度及監(jiān)測方法要滿足規(guī)范及設計要求。

③信息處理自動化。建立數(shù)據(jù)采集、分析及反饋的自動化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析由分析軟件自動生成，出現(xiàn)異常狀態(tài)立即反饋給施工單位。

本文通過機場某項目的非接觸性監(jiān)測的成功實例對非接觸性監(jiān)測進行分析論述。

1 工程背景

機場某項目要通過暗挖方式穿越飛行禁區(qū)。機場對監(jiān)測工作有以下要求：

①不停航期間監(jiān)測人員不能進入飛行禁區(qū)。

②飛行禁區(qū)上布置監(jiān)測點不能對飛行禁區(qū)造成破壞，也不能做明顯的標志，確保飛行員視線安全。

③根據(jù)機場安排時間進行監(jiān)測，聽從機場塔臺安排。

④無限信號管理，監(jiān)測設備發(fā)出的無限信號不能影響機場運營。

⑤監(jiān)測自動化系統(tǒng)具有準確性及時效性。

2 非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)設計

根據(jù)機場的要求，通過多方專家進行論證，一致認為要采集地表沉降及飛行禁區(qū)地表沉降的數(shù)據(jù)，且要確保數(shù)據(jù)的準確性和及時性，要對水準儀監(jiān)測的方法進行有效替代；必須采取新的方法。非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)設計采用3種新方法：靜力水準儀、點式光纖監(jiān)測及設置基站及測量機器人。在現(xiàn)場設立信息化處理中心，用有線傳輸?shù)姆绞綄?種方法采集的數(shù)據(jù)傳送至中心，用計算機及相關軟件進行分析，如圖1所示。

3 非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)容

3.1 靜力水準儀

3.1.1 靜力水準儀實施原理

采用集成原理的形式，使用電容傳感器，監(jiān)測每個測點器皿內(nèi)液面對應變化，進行數(shù)據(jù)處理得出各點相對高程變化。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集及處理

靜力水準儀通過數(shù)據(jù)采集儀傳送到計算機內(nèi)，監(jiān)測精度0.2 mm。通過軟件自動計算，形成excel圖表，如圖2所示。

3.2 點式光纖

3.2.1 布拉格光纖光柵（FBG）測試原理

當光波傳輸通過光纖布拉格光柵時，光波矢被反射，將入射光柵波矢分成投射光波矢和反射光波矢兩部分，當布拉格光柵受到外界應變（或應力）作用時，光柵周期會發(fā)生變化，直接或間接地利用應變改變光柵中心波長，如圖3所示，達到測試被測物理量的目的。因此，通過測試傳感器的波長變化，可以獲得相應的應變和溫度變化值。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集及處理

光纖光柵解調(diào)儀采用美國MOI公司產(chǎn)SM230-800，如圖4所示。其技術指標見表1。采集的應變數(shù)據(jù)通過分析軟件分析，形成excel表格，自動生成沉降曲線。

3.3 測量基站及測量機器人

3.3.1 測試原理

通過設置基站、基站頂部放置測量機器人及飛行禁區(qū)貼反射片的辦法對飛行禁區(qū)進行沉降觀測。測量機器人采用徠卡TCRP1201+，具有自動馬達系統(tǒng)，誤差為1 s。經(jīng)過計算，關鍵部位最大誤差可控制在0.7 mm以內(nèi)（距離150 m），最小誤差0.3 mm。

3.3.2 監(jiān)測點布設

為確保反光片與飛行禁區(qū)地表粘結緊密且不受航空器發(fā)動機氣流影響，利用停航時間，用打磨機在飛行禁區(qū)地表上打磨，測點比地表低3 mm，清理干凈，用環(huán)氧樹脂膠打底，將5 cm×5 cm反光片貼在飛行禁區(qū)地表上，操作和效果圖如圖5和圖6所示。

3.3.3 數(shù)據(jù)采集及處理

徠卡TCRP1201+系統(tǒng)根據(jù)設置頻率，對飛行禁區(qū)進行不間斷的掃描，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測基站傳送到信息處理中心，專業(yè)軟件處理后形成excel表格，自動生成變形曲線。

4 結 語

通過三種監(jiān)測方法的實施，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測自動化系統(tǒng)滿足特定場地情況下的要求，對其他不允許人工操作的情況（如高速公路，鐵路既有線路等）可以廣泛推廣應用。同時，非接觸性監(jiān)測具有實時動態(tài)、無人值守的特點，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的不足，極大地提高了監(jiān)測效率，隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，非接觸性監(jiān)測系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。

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