软岩隧道大变形自动监控量测新技术方法研究

软岩隧道大变形自动监控量测新技术方法研究

刘跃成[1]，朱向荣2，杨讯华1，余心洁1，李浩1

（1.云南交投集团投资公司，昆明 650200；2.云南航天工程物探检测股份有限公司，昆明 650200；）

摘要：针对特殊地质条件下的隧道变形，提出基于大数据的监测数据分析方法，进行隧道变形趋势预测，从而能够及时做出预警，并提出预防措施，为道施工安全以及运营安全提供技术保障。

关键词：自动监控量测；物联网；自动化技术；云监控平台

1引言

监控量测是隧道施工中非常重要的一项工作，通过监控量测可掌握围岩动态和支护结构的工作状态，对量测数据经过分析处理后，可用来预测围岩变形趋势，来验证和修改设计支护参数，从而采取相应的施工措施，科学的组织和指导施工，保证隧道施工安全。

目前监控量测工作主要是由人工操作测量仪器完成，存在监测频率低、预警不及时的问题。本文开发了隧道无线自动监控量测系统。该系统通过自动监控量测设备和监控量测预警云平台可实现对在建隧道拱顶下沉、周边收敛的实时监测、智能分析，可以达到及时预警的目的。

2无线自动监控量测系统构成

本系统主要由硬件和软件两大部分组成。第一部分是由AGI-LC无线自动监控量测仪、WR无线中继、WG网关及LAT现场报警设备等硬件构成如图1所示。第二部分是由隧道监测预警云平台及隧道监测预警等软件构成如图2所示。

图1 隧道无线自动监控量测系统硬件部分

图2 隧道无线自动监控量测系统监测预警云平台

3自动监控量测预警方法

为了解决量纲不统一问题，改进型切线角算法不将速率设为切线角，而通过s-t坐标进行适当的变化处理进行量纲统一，并按照转换后的量纲进行预警，改进切线角算法后获取的曲线如图3。

图3 监控量测拱顶下沉改进型切线角

从数据上面数据表中可以看出拱顶下沉累计位移开始处于初始变形阶段，然后处于稳定变化阶段，最终要垮塌时处于加速变形阶段；当拱顶下沉速率大于1mm/天(1mm/小时)时，切线角大于75°，为黄色预警；当拱顶下沉速率处于大于2mm/天(2mm/小时)时，切线角大于85°发生红色预警。

4 案例分析

根据云南某在建公路隧道一台设备所采集的数据，排除人为及机械在作业过程中的干扰数据后，分析结果。

表1 隧道右幅出口断面YK42+540拱顶下沉、周边位移监测数据分析

根据监控量测数据结果分析判断：

隧道右幅出口，各监测断面位移速率变化保持不变时，变形曲线呈线性增长；应加强监控量测，必要时采取相应工程措施；围岩基本达到稳定；速率不断下降，围岩趋于稳定状态。

5结束语

本文所研究的技术能实现实时自动获取监控量测数据，监测频率高、减少了监测人员工作量。当围岩变形较大时自动进行预警，及时通知掌子面施工人员撤离，对隧道安全施工具有重大意义。

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[1]基金项目：云南省交通运输厅科技创新及示范项目(云交科教便[2020]59)。

作者简介：刘跃成(1971--)，男，云南红河人，高级工程师，毕业于中国地质大学(武汉)，主要从事地下工程方面的研究工作。