[发明专利]一种隧道全寿命周期的监测及预警系统及组建方法

权利要求书

1.一种隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：包括安装于隧道监测断面的上部拱圈及边墙上的若干振弦式传感器和光纤光栅传感器；以及与若干振弦式传感器和光纤光栅传感器连接的数据采集装置，所述数据采集装置用于接收振弦式传感器和光纤光栅传感器采集的监测数据；以及与数据采集装置连接的数据处理传输装置；以及与数据处理传输装置连接的数据存储及分析装置，所述数据存储及分析装置用于接收数据处理传输装置传输的监测数据，并对监测数据进行处理，当监测系统自动识别到危险的监测数据时发出预警。

2.根据权利要求1所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：所述振弦式传感器包括水压力计、土压力盒、钢筋计、混凝土计；

所述水压力计安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的围岩内部，每个部位安装一个水压力计；

所述土压力盒安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的隧道钢拱架背后，每个部位安装一个土压力盒，压力盒与围岩接触；

所述钢筋计安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱腰处的隧道钢拱架的内翼缘和外翼缘的内侧，每个部位的隧道钢拱架的内翼缘和外翼缘分别安装一个钢筋计；

所述混凝土计安装于隧道的拱顶、左右拱肩、左右拱腰及左右拱脚处的二次衬砌内壁和外壁的钢筋上，每个部位的二次衬砌内壁和外壁的钢筋上安装一个混凝土计。

3.根据权利要求1或2所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器包括表面应变计、裂缝计、加速度计；

所述表面应变计和裂缝计垂直于隧道轴向安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱脚处的二次衬砌内壁，每个部位安装一个表面应变计和一个裂缝计；

所述加速度计安装于隧道的拱顶、左右拱肩及左右拱脚处的二次衬砌内壁，每个部位安装两个，分别为平行和垂直于隧道轴向。

4.根据权利要求1所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：所述数据处理传输装置包括协议转换器、光纤交换机、光缆接线盒、串口服务器，所述数据采集装置通过RS458总线与协议转换器连接，协议转换器通过光纤与光纤交换机连接，光纤交换机通过光纤与光缆接线盒连接；所述数据存储及分析装置为远程运营服务器，所述光缆接线盒通过光纤与远程运营服务器连接。

5.根据权利要求1所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：所述隧道的二次衬砌内壁内壁设有预留洞，所述数据采集装置固定在预留洞内，若干振弦式传感器和光纤光栅传感器的插头集合至预留洞内。

6.根据权利要求1所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统，其特征在于：所述数据处理传输装置安装于距隧道监测断面最近的车行横通道的PLC控制柜内。

7.一种如权利要求3-6任一所述的隧道全寿命周期的监测及预警系统的组建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）隧道开挖后，待掌子面钢拱架安装完成，安装进行水压力计、土压力盒和钢筋计，水压力计、土压力盒和钢筋计通过拱架走线，将水压力计、土压力盒和钢筋计的插头统一整理到断面拱腰一侧；

2）水压力计、土压力盒和钢筋计安装完成后进行锚杆钻设，及时喷砼封闭；并开展数据采集工作，每天一次，通过监测数据反馈施工，及时了解结构受力情况；

3）待隧道初期支护施作完毕，二次衬砌防水板台车推进至监测断面时，安装混凝土计，安装时机为防水层施作完毕，二次衬砌内外侧钢筋绑扎完毕后；

4）浇筑二次衬砌，并预留出预留洞，将水压力计、土压力盒、钢筋计和混凝土计的插头引入预留洞内；同时开展所有已安装传感器的数据采集工作，每天一次，通过监测数据反馈施工，及时了解结构受力情况；

5）二次衬砌施作完成后，安装表面应变计、裂缝计、加速度计；表面应变计、裂缝计、加速度计的插头统一整理至预留洞内；

6）待隧道机电标开始后，在预留洞内安装数据采集装置，并接入所有传感器的插头，在距该断面最近的车行横通道内的PLC柜内，安装协议转换器、光纤交换机、光缆接线盒及串口服务器，并从此处引出电线为预留洞供电，引出数据采集装置采集到的数据信息，电缆及光缆均通过二次衬砌内表面走线；

7）在隧道监控中心安装远程运营服务器及其他配套的软硬件设施；

8）待隧道施工完毕，并接通隧道内和隧道监控中心的网络后，实现隧道结构应力和表面应变的全寿命周期、全自动监测，通过对监测数据进行处理，当监测系统自动识别到危险的监测数据时发出预警，指导隧道安全运营。