山岭隧道监控量测信息系统应用研究

2015-03-13杨志强王兴猛

铁道建筑 2015年11期

关键词：监测数据测点隧道

杨志强，王兴猛

(1.北京建工集团土木工程有限公司，北京 100015;2.中铁西南科学研究院有限公司，四川成都 611731)

山岭隧道监控量测信息系统应用研究

杨志强1，王兴猛2

(1.北京建工集团土木工程有限公司，北京 100015;2.中铁西南科学研究院有限公司，四川成都 611731)

针对山岭隧道网络通信能力欠佳甚至不通，一般的隧道监控量测系统需要安装专用数据库的特点，基于XML可扩展标记语言的数据存储方法，研究开发了山岭隧道监控量测信息系统，实现了对山岭隧道监控量测断面配置、数据录入、自动预警、数据预测，并给出应对措施。该系统无需安装数据库即可对隧道监控量测数据进行输入、分析和存储。工程应用实践表明，该系统能够方便地应用于山岭隧道的监控量测数据处理和自动分析。

山岭隧道监控量测信息系统

在隧道修建过程中，为了掌握隧道的安全状态，隧道相关参与单位对信息化要求不断增多，促使我国隧道建设的信息化水平正在逐年提高。一些基于 Web的隧道监控量测信息网络管理系统应运而生，用户通过IE浏览器实时访问和查看隧道监控量测的具体情况和分析结果，方便了隧道施工相关单位对隧道监控量测数据的查看和对隧道及周边建(构)筑物安全状态的掌握与控制。

尽管如此，在一些偏远山区，网络通信能力欠佳甚至完全不通，这限制了基于Web的隧道监控量测系统的使用。另一方面，施工现场的监测系统的使用人员通常并不熟悉如何对系统相关联的 Access，SQL Server，Oracle等数据库进行安装配置，必须由专人操作。一旦数据库出现问题，处理起来十分麻烦。

因此，有必要对非专用数据库的隧道监控量测信息系统进行研究，使其可以像安装单机软件一样，只要安装完成即可使用，无须单独安装数据库。同时，也考虑到不同工点监测数据的合并要求。使系统的安装、操作、数据合并变得十分简单。这将具有较好的工程应用价值。

1 系统总体设计

在隧道施工过程中，监控量测对象包括围岩、支护结构体系、周边建(构)筑物等。监测内容包括位移、应力、应变、压力等。目前，我国山岭隧道监控量测项目中，拱顶沉降和围岩收敛是隧道施工中最重要的两项必测项目。对这两项监测项目的数据输入、分析将是系统设计的重点。

监控量测的目的主要有4个方面:①确保施工安全;②为调整支护参数和施工方法提供科学依据;③确定合理二衬施作时机;④积累经验，为类似工程提供参考。本监控量测信息系统可快速提供分析结果，确保监测分析结果的及时反馈，也可作为支护参数调整、施工方法调整、确定二衬合理施作时机的参考依据。其不同工点原始数据的汇总及分析结果可作为电子资料存储，便于资料积累、调取，积累经验。

1.1 需求分析

考虑到山岭隧道往往地势偏僻，网络信号较差甚至无信号，因此要考虑监控量测数据的单机操作;同时，也要考虑单机操作存储的数据在某些情况下进行合并的可能，如网络变畅通了，或者相关人员将各工点系统存储数据直接拷贝后进行汇总，将汇总结果在系统中进行统一分析和展示。

另外，系统需要实现新增测点、测点数据上传、测点数据自动曲线拟合、最新状态处理措施分析等。

1.2 总体结构(图1)

本隧道监控量测系统基于Visual C#.net平台进行开发，实现了围岩收敛、拱顶沉降等监测数据的输入、查询、存储、分析、自动预警和生成报表功能。数据存储采用XML可扩展标记语言，它提供了一种描述结构数据的格式，使得代码、数据和表示分离，通常被称为智能数据文档。

系统根据对监测数据的操作流程，将系统功能细分如工点设置、工程概况、监测数据上传、监测数据展

图1 系统总体结构

示、监测数据打印、用户管理等多个功能模块(图2)。在系统中考虑两种用户:系统用户和普通用户。普通用户只能通过登陆查看对应工点的相关信息，针对该工点，可查看工程概况，新建测点和上传监测数据，查看监测数据分析展示结果以及打印监测数据。系统用户用于对各工点监控量测信息进行全面管理，除了可以实现普通用户的全部操作，还可以添加不同的工点以及针对不同工点设置不同的用户名。系统功能模块中，“工点设置”和“用户管理”模块仅系统用户可见。同时，如果普通用户上传的监测数据存在问题，系统用户可以作出修改。

图2 功能模块划分

由于系统考虑的是网络环境不通畅的情况，不考虑专用数据库，因此作为管理方的系统用户须将所有工点设置完毕，然后对不同工点设置不同的普通用户。再将设置形成的数据文件夹及各工点的用户名分发给工点技术人员。当工点技术人员登陆时，只能看到本工点信息和对本工点的监测信息进行操作。

1.3 界面设计及功能

按照功能模块的划分，分别设置了工点设置、工程概况、监测数据上传、监测数据展示、监测数据打印、用户管理等操作界面。

1)工点设置(图3)

图3 总体界面展示及“工点设置”细目

工点设置模块仅供系统用户使用，用于添加、编辑、删除隧道工程下属的工点。当添加完成后，在窗口左侧子窗口中将显示出相应的隧道、隧道下属工点、工点内的监控量测项目。

2)工程概况

系统用户和普通用户均可查看工程概况模块内容，但只有系统用户可以导入和编辑工程概况内容。

3)监测数据上传

用于新增监测点和上传每次测得的数据，每次上传数据时，会自动判定在最新数据出现位置是否出现拐点。

4)监测数据展示

包括基本信息和详细信息展示，主要包含测点数据及其回归分析曲线、累积变化值、最终值预测分析、管理等级分析、量测结果的建议处理措施等。

回归分析中，选择对数函数和指数函数对监测结果进行回归计算。自动计算所有回归方程，且通过比较后，自动选择相关系数大且剩余标准差小的回归方程使用。

5)监测数据打印

设置需要打印测点的查询功能，同时设置测点需要打印的时间范围，然后生成打印报表。

6)人员管理

用于系统用户设置各隧道下面的工点的登陆用户。系统用户不能在此设置，只能通过系统开发人员专门设置。

2 工程应用

2.1 工程概况

新复村隧道位于云南省嵩明—昆明南区间，为单洞双线隧道，左右线线间距为5.0 m，全长890 m，起讫里程为DK1155+695—DK1156+585，全隧位于半径9 000 m的左偏曲线上。全隧全部为Ⅳ，Ⅴ级围岩，隧区处于云贵高原侵蚀构造中低山区，区内地形总体为东高西低，基岩多裸露。现阶段掌子面施工至DK1155 +825，围岩为玄武岩，弱风化带 W2，节理发育，岩体完整性较好。经超前地质预报TSP及加深炮孔探测，围岩具有一定自稳能力，洞身埋深约为32 m。从掌子面至隧道进口明暗交界处DK1155+745洞身埋深逐渐变小，最小埋深约为 5 m，其中 DK1155+745—DK1155+794段洞身处于玄武岩强风化带(W4)，节理发育岩体破碎，为坍塌高风险段落。

2.2 测点及监测

新复村隧道出口位置采用台阶法施工，在D1K1156+345里程断面上台阶设置有一对水平收敛测点。其初始量测值为13.83 m，极限位移为初始量测值的0.30%。根据每天对该测点量测的水平收敛值、当前掌子面里程，得到如图 4—图 6变形收敛曲线。

图4 时间—位移曲线和回归曲线

图5 时间—位移曲线和管理等级曲线

图6 测点距掌子面距离—测点位移曲线和管理等级曲线

最后几次的监测数据及分析结果提示界面如图7所示。

图7 监测数据及分析结果提示界面

根据实测水平收敛测点监测时间—位移关系曲线、测点距掌子面距离—测点位移的变化曲线，可以实时地分析和掌握隧道的净空收敛变化规律，指导隧道施工，以提高施工效率，保障隧道施工安全。

3 结语

隧道监控量测在隧道施工过程中必不可少，成功的监测对于施工安全预测、施工及支护参数确定、二衬时间确定等是极其有效的。本隧道监控量测信息系统则是山岭隧道监测数据良好的辅助分析工具，提高了分析效率，大大降低了相关人员的数据处理工作强度，对于隧道施工安全、施工支护等能起到较好的反馈指导作用。同时也便于系统用户收集、汇总、管理各隧道工点的监测信息。

然而，由于隧道监测结果容易受到多种因素的影响，在监测数据上传至系统前，必须把握信息运动的规律，明确哪些数据有误，哪些数据不完全是真实情况的反映，剔除错误数据，调整不真实数据，使原始数据在系统中得到较好应用，取得更好的分析效果。

［1］杨绍战，陈建勋，赵超志，等.隧道监控量测数据分析处理系统的研发与应用［J］.公路隧道，2011(11):55-58.

［2］武胜林，邓洪亮，陈凯江，等.隧道监控量测自动预警管理系统及其应用［J］.测绘通报，2013(6):68-70.

［3］李宝平，高诗明，王睿，等.基于现场监控量测数据的反分析法确定隧道二衬支护时机［J］.铁道建筑，2014(8):49-51.

［4］王丽华，仇玉良，姚红志，等.隧道监测信息管理与预警系统的研发及应用［J］.地下空间与工程学报，2012，8(6):1287-1291.

［5］林勇.公路隧道监控量测数据管理系统的开发［J］.公路交通技术，2003，2(1):54-57.

［6］余梦科.基于Web技术的隧道施工监控及围岩变形预测分析系统的研究与实践［D］.长沙:中南大学，2012.

［7］沈宏涛，孙玉昆，李瑞芳.基于Delphi的地下工程施工监测软件开发［J］.地下空间，2004，24(4):475-478.

(责任审编孟庆伶)

U456.3+1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.16

2015-08-06;