阅读说明：本技术 一种仰拱底鼓智能监测系统及监测方法 (Intelligent monitoring system and monitoring method for inverted arch heaving bottom ) 是由 洪习成 郑余朝 邸成 方钱宝 郑杰元 王建捷 林本涛 薛元 朱勇 郑伟 王芳 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种仰拱底鼓智能监测系统及监测方法,在每一个测量断面的仰拱填充里分布有相通的静力水准仪,每一个测量断面的静力水准仪都共同连接到连通水管,所述连通水管还连接到基准测量模块,所述连通水管与水箱相连通；每个静力水准仪的通气口都共同汇聚到连通气管,每个测量断面处都具有有源通传模块,所述有源通传模块用于为静力水准仪提供电力,同时实现数据无线通信及其数据接力通信。本发明在施工时即考虑后续会产生的仰拱底鼓问题,提前安装系统进行监测预防,减少因仰拱底鼓带来的损失,同时运用了新的采集方法和安装方式,本发明具有功能模块化、安装标准化、应用便捷化、采集智能化的特点。(The invention discloses an intelligent monitoring system and a monitoring method for inverted arch pucking, wherein communicated static level gauges are distributed in inverted arch filling of each measuring section, the static level gauges of each measuring section are connected to a communicated water pipe together, the communicated water pipe is also connected to a reference measuring module, and the communicated water pipe is communicated with a water tank; the air vents of the hydrostatic levels are jointly converged into the communicated air pipes, and each measuring section is provided with an active communication module which is used for providing power for the hydrostatic levels and realizing data wireless communication and data relay communication. The invention takes the problem of inverted arch bottom heave generated in the following process into consideration during construction, the system is installed in advance for monitoring and prevention, the loss caused by the inverted arch bottom heave is reduced, and meanwhile, a new acquisition method and an installation mode are applied.)

一种仰拱底鼓智能监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及隧道仰拱底鼓监测和控制领域，特别是一种仰拱底鼓智能监测系统及监测方法。

背景技术

近年来，随着交通建设的大发展，隧道工程穿越软弱地层及地址恶劣的高应力区段增多，经常发生各种坍塌、涌水、底鼓、大变形现象，底鼓是其中较为常见的一种，一旦发生其变形持续不确定，对工程建设及后期运营留下重大隐患。

当在隧道/隧洞中出现仰拱底鼓时，一般都是事后补救；若不良地质段监测不到位，致使二衬后的隧道地板开裂，不得不拆换；运营中仰拱底鼓严重，不得不降速。

目前隧道仰拱底鼓问题较为突出和严重，究其原因有三：一是规范要求不明确；Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中4.2.3条把隧底***纳入选测项目，前提是满足隧道设计与施工特殊要求，没有与不良地质直接挂钩。二是各方重视不够；隧道仰拱底鼓造成后果，在低速铁路以及过往案例不多，各方认为必要性不大，觉得花钱不值得。三是监测手段不科学；例如，若采用水准仪人工监测，监测人员至少要4人，且监测点因埋设在地板上极易造破坏；若采用自动监测，最适用的静力水准仪由于量程与精度不能兼得，以及不能测量水平位移，且施工过程安装复杂，易造损坏，维护难度大，厂商积极性不高，动力不大。

隧道仰拱底鼓会带来严重的影响，会让高速运行的列车颠簸，甚至出现脱轨；比如，运营中某线的光照隧道、岗务隧道，因仰拱底鼓，高铁不得不降速；施工中的成贵线某隧道，因大变形，部分断面不得不重建，从无砟轨道、改为有砟轨道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种仰拱底鼓智能监测系统及监测方法，在施工时即考虑后续会产生的仰拱底鼓问题，提前安装系统进行监测预防，减少因仰拱底鼓带来的损失，同时运用了新的采集方法和安装方式，本发明具有功能模块化、安装标准化、应用便捷化、采集智能化的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种仰拱底鼓智能监测系统，在每一个测量断面的仰拱填充里分布有连通的静力水准仪，每一个测量断面的静力水准仪都共同连接到连通水管，所述连通水管还连接到基准测量模块，所述连通水管与水箱相连通；每个静力水准仪的通气口都共同汇聚到连通气管，每个测量断面处都设有有源通传模块，所述有源通传模块用于为静力水准仪提供电力，同时实现数据无线通信及其数据接力通信。

进一步地，设置有自动补水箱，所述自动补水箱通过补水管连接至水箱。

进一步地，每个测量断面的静力水准仪的通气口通过自动干燥管连接至连通气管。

进一步地，每隔一段距离的基准测量模块由第一基准测量模块和第二基准测量模块相连而成，所述第一基准测量模块和第二基准测量模块具有一定高差。

进一步地，所述连通水管上设置有智能排气阀。

根据上述仰拱底鼓智能监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：预处理

在仰拱填充施工中，预留设备安装槽孔，包括观测点预留孔、第一沟槽、第二沟槽、基准测量模块预留孔和水箱预留孔，每个观测点预留孔之间具有能布设电缆、连通水管和连通气管的第二沟槽；

步骤2：按上述监测系统的结构进行安装，其中，观测点预留孔放置静力水准仪，第二沟槽中放置连通水管和连通气管，基准测量模块预留孔放置基准测量模块，水箱预留孔放置水箱；

步骤3：保持每个静力水准仪之间水相通、气压相同；每个有源通传模块进行数据无线通信及其数据接力通信，并将测量数据上传至采控站；

步骤4：采控站接收到有源通传模块的测量数据后进行分析，并将分析后的数据通过有线或者无线的方式传输至终端。

进一步地，在静力水准仪中集成有震动感知功能，对测量数据的获取环境进行标识。

进一步地，在静力水准仪中集成有倾角测量功能，通过换算获取水平位移。

进一步地，每隔一段距离的基准测量模块由第一基准测量模块和第二基准测量模块相连而成，所述第一基准测量模块和第二基准测量模块具有一定高差，通过基准叠成的方式，提升监测方法的测量精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）采用了带有倾角测量功能的静力水准仪，不但能监测仰拱沉降，还能测量监测点角度变化及其水平位移，有利于确认不均匀沉降和调整支护方式；

2）在静力水准仪基础上集成了震动感知功能，对监测获取的数据环境进行标识，可有效避免施工及运营中，过往车辆震动引起的监测数据的跳变造成误判；

3）采用有源通传模块，方便地解决了监测设备供电及其数据传输问题，更有利于施工中特殊环境下的应用；

4）基准叠成应用，有效解决了大坡度长隧道基准引入问题，有力于整个隧道全程监测；

5）智能补水装置，保证了监测设备随施工进度安装，无需担心水位低造成无法监测问题，又避免了补水时对监测数据的影响；

6）创新安装方式，结合工程施工特点，便捷式预埋方式，大大降低了对安装人员的要求，提高了工程适用性。

附图说明

图1是本发明智能监测系统的整体构造示意图。

图2是本发明所涉及的隧道测量断面结构示意图。

图3是预处理槽孔结构示意图。

图中：第一基准测量模块1；第二基准测量模块2；有源通传模块3；连通水管4；连通气管5；静力水准仪6；自动干燥管7；水箱8；补水管9；自动补水箱10；拱墙衬砌11；拱墙钢架12；仰拱钢架13；仰拱衬砌14；仰拱填充15；找平层16；整体道床17；观测点预留孔18；第一沟槽19；第二沟槽20；基准测量模块预留孔21；水箱预留孔22。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明中仰拱底鼓智能监测系统，主要用于隧道施工中工后仰拱沉降监测，其由静力水准仪6（也可采用3D变形监测模块）、有源通传模块3、基准测量模块以及后端的采控站和终端组成。本发明监测系统采用了压差式沉降测量技术、无线通传技术、倾斜式水平位移算法、自动排气方法，通过叠式基准，较好地解决了量程与精度之间不能兼得的问题和仰拱不均匀沉降无法监测问题，能适应各种坡度隧底***测量。

具体地，本发明监测系统具有如下结构：在每一个测量断面的仰拱填充15里分布有连通的静力水准仪6，每一个测量断面的静力水准仪6都共同连接到连通水管4，所述连通水管4还连接到基准测量模块，所述连通水管4与水箱8相连通；每个静力水准仪6的排气都共同汇聚到连通气管5，每个测量断面处都设有有源通传模块3，所述有源通传模块3用于为静力水准仪6提供电力，同时实现数据无线通信及其数据接力通信。

作为优化，设置有自动补水箱10，所述自动补水箱10通过补水管9连接至水箱8，保证水箱8中水量充足。每个测量断面的静力水准仪6的排气口通过自动干燥管7连接至连通气管5，进而达到静力水准仪6空气自动干燥的目的。

为了解决量程与精度之间不能兼得的问题，在每隔一段距离的基准测量模块由第一基准测量模块1和第二基准测量模块2相连而成，所述第一基准测量模块1和第二基准测量模块2具有一定高差；通过这种基准叠加的方式使得本监测系统能够适应各种坡度隧底***测量，测量量程大且保证测量精度高。

作为优化，在连通水管4上设置有智能排气阀，自动控制气体排出，保证整体监测系统中液体中没有空气。

采用本发明监测系统进行测量，首先安装本发明监测装置。在打仰拱填充15时靠近已打好填充端预留2个圆洞，即基准测量模块预留孔21和水箱预留孔22，一个用来放置水箱8、一个用来放置基准测量模块，两个圆洞之间预留一条第二沟槽20，第二沟槽20沿着开挖方向随着打仰拱填充15一直延伸至第一沟槽19，在监测断面上具有观测点预留孔18。安装好的水箱8、基准测量模块、静力水准仪6之间的连通水管4和连通气管5置于第一沟槽19中。而后，再监测观测点（静力水准仪6）与工作基点（基准测量模块）之间的高差变化。

具体来说，本发明监测方法如下：

步骤1：预处理

在仰拱填充15施工中，预留设备安装槽孔，包括观测点预留孔18、沟槽20、基准测量模块预留孔21和水箱预留孔22，每个观测点预留孔18之间具有安装电缆、连通水管4和连通气管5的第一沟槽19；

步骤2：按本发明提供的监测系统的结构进行安装，其中，观测点预留孔18放置静力水准仪6，第二沟槽20中放置连通水管4和连通气管5，基准测量模块预留孔21放置基准测量模块，水箱预留孔22放置水箱8；

步骤3：保持每个静力水准仪6之间水相通、气压相同；每个有源通传模块3进行数据无线通信及其数据接力通信，并将测量数据上传至采控站；

步骤4：采控站接收到有源通传模块3的测量数据后进行分析，并将分析后的数据通过有线或者无线的方式传输至终端。

通过上述监测方法，不但能监测仰拱沉降，还能测量监测点角度变化及其水平位移，有利于确认不均匀沉降和调整支护方式。此外，在静力水准仪6中可集成震动感知功能，对测量数据的获取环境进行标识，可有效避免施工及运营中，过往车辆震动引起的监测数据的跳变造成误判。