隧洞微变形监测

1. 前言
隧道在使用与运营过程中都会产生变形，如拱顶下沉，拱腰收敛、地面沉降等。了解隧道变形、沉降，研究其产生的根源、特征及其随空间与时间的变化规律，加强变形监测、沉降监测和预测、预报工作，避免或尽可能减少损失，是变形观测、沉降监测的主要任务，也是隧道安全管理的重要内容。
2. 方案概述
本方案采用业界创新性技术，将微波雷达和三维变形测斜仪、静力水准仪结合，分别从点、线、面多种维度对隧洞变形情况进行实时在线的立体式监测。基于雷达的隧道现场监控量测能够弥补光学仪器受隧道环境影响的不足，并且形变测量精度高，能够满足光线和粉尘条件下隧道现场监控量测的要求，对提高隧道的安全监测具有较好价值。并且可通过多点成面的方式实现对隧道壁的拱顶曲面变形、侧壁平面收敛变形、地面沉降变形的实时监测。
3. 监测方式
3.1 基于微波雷达的单点式微变形监测
A、拱顶沉降测量

隧道拱顶沉降测量示意图见下图：

B、收敛变形测量
隧道收敛变形监测示意图见下图：

C、监测设备
采用ZAST-LD40单点微形变雷达监测仪是采用非接触测量方式测量物体微小形变位移和振动频率的雷达创新产品。它具有测量时间短，测量效率和精度高等特点。可应用于桥梁拉索索力、隧道涵洞周边收敛和拱顶沉降、工业设备震动等测量场景。也可广泛应用于采煤工作面顶板下沉量及采煤机推进度、液压支架移动距离的精确测量。

技术参数
探测系统：微波雷达
探测方式：非接触
供电方式：24VDC
测量精度：1MM
通信：RS485信号

3.2 基于三维变形测斜仪的切线变形监测
A、安装方式
对隧道拱顶下沉周边收敛位移进行监测，根据量测数据确认围岩的稳定性，预防坍塌，保证项目安全监测。
隧道拱顶下沉测点和收敛位移测点布置在同一断面上，以方便进行数据分析。拱顶下沉测点埋设在拱部围岩和支护结构表面上，每个断面上布置多个测点。

B、监测设备
采用ZAST-CXY30高性价比三维数字型双轴阵列式变形测斜仪，它是一款可以垂直放置在测斜管内或直接埋入地下、也可以嵌入结构物内进行实时监测形变的传感器，可以单节使用也可以多节串接使用。本产品采用最新微机械机电技术，功耗低、体积小、一致性和稳定性高。通过检测各部分的重力场变化，可以计算出各段轴之间的弯曲角度，进而得出每段节点的变形量，能够实现全天候、实时、连续的变形量精确测量，安装简单，无需维护。

3.3 基于微波雷达的多点（曲/平面）式微变形监测
A、隧道拱顶曲面沉降测量
隧道拱顶沉降测量示意图见下图：

B、隧道侧壁收敛变形测量
隧道收敛变形监测示意图见下图：

C、监测设备
采用ZAST-DLD40多点微形变雷达监测仪是采用非接触测量方式测量物体微小形变位移和振动频率的雷达创新产品。它具有测量时间短，测量效率和精度高等特点。可应用于桥梁拉索索力、隧道涵洞周边收敛和拱顶沉降、工业设备震动等测量场景。也可广泛应用于采煤工作面顶板下沉量及采煤机推进度、液压支架移动距离的精确测量。

技术参数
探测系统：多点位微波雷达
探测方式：非接触
供电方式：24VDC
测量精度：0.01MM
通信：RS485信号

3.4 基于静力水准仪的隧道道床结构沉降监测
A、道床结构沉降监测断面布置
每个监测断面布设一个道床沉降点，左右线各布设一个测点，与隧道微变形测点共断面。静力水准系统又称连通管水准仪，系统至少由两个观测点组成，每个观测点安装一套静力水准仪。


对于多测点的静力水准系统，每个测点的静力水准仪均需加接三通接头，使各测点贮液容器用水管连通，各点容器上部与大气连通，且各点安装高程应基本相同，基准点必须稳固。

B、监测设备
采用ZAST-D300表贴式液压静力水准仪。系统由测点、基点、储液罐、连通管、采集仪等组成。本产品具有大量程，精度高、安装简单、体积小、重复性高等特点。产品能够满足不同环境使用具备较高的抗震、防水、具备军工级别的应用。

量程 0.2～1500mm
精度 ±0.1mm
分辨率 0.001mm
系统误差 ±0.5mm
分辨率 0.1Hz
通信参数 RS485/232
安装方式 表贴式
供电方式 5 ～12v
可靠性MTBF 5000/h
环境温度范围： -30℃～+80℃
无故障时间 >50000h
防护等级 IP67

3.5 部分软件功能