地铁隧道施工实时监测系统及应用研究

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1、万方数据ADissertationinStructuralEngineeringResearchonReal--timeMonitoringSystemanditsApplicationinMetroTunnelConstructionByZhangXiuliSupervisor：ProfessorZhaoWenLecturerLiShengangNortheasternUniversityJune2013万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也

2、不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：蝴于+比p匕人I卜侣笠佃：夕w剀”f日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口～年半口学位论文作者签名：劫癃乃／7签字日期：一心如恭两轹期万方数据东北大学硕士

3、学位论文摘要地铁隧道施工实时监测系统及应用研究摘要由于地铁隧道施工过程中不可见因素较多，容易发生塌方或地层移动而影响周边构筑物的风险事故。因此，隧道施工过程中需要采用监控量测技术，以便及时掌握围岩稳定与支护结构的安全性，同时为优化设计参数，调整施工工艺提供最直接、有效的原始数据。然而传统方式的人工监测己不能满足高精度、高频率的监测需求。论文结合物联网技术，对地铁隧道施工实时监测系统进行研究。论文根据监测系统的功能和性能需求，提出了地铁隧道施工实时监测系统的总体方案——ZigBee无线传感器网络与GPRS相结合的无线数据传输监测系统。感知层中，通过三种拓扑结构的

4、比较，选择簇型拓扑结构作为地铁无线网络拓扑结构；研究了ZigBee网络的组网过程，设备的建立、加入和离开网络等问题，并对数据的模数转换、节点之间的收发数据程序进行了编程；网络层中，论文从网关的功能、协议数据转换和速率匹配角度研究了ZigBee．GPRS网关的可行性，并对组网流程和汇聚节点串口程序进行了编程。论文将地铁隧道施工实时监测系统应用某地铁盾构隧道衬砌管片的应力监测，对钢筋应力计传感器的预埋设、保护措施以及隧道施工过程中的管片内力监测数据的无线传输进行研究。现场监测数据表明，KAl4+930断面的钢筋应力随着开挖面的不断推进，其数值逐渐增大；隧道管片最大

5、拉应力和最大压应力分别出现在拱顶和隧道侧壁上，其值均小于极限抗拉抗压强度值，管片具有足够的安全贮备。结合现场监测数据，利用Flac3D软件对地铁隧道施工过程进行了三维动态模拟，数值计算结果表明，当开挖面掘进至距KAl4+930断面三倍洞宽时，空间效应基本消失，钢筋应力值趋于稳定；管片的最大拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度，混凝土可能出现裂缝，经抗裂度验算满足正常使用阶段的抗裂性能。关键词：地铁隧道；实时监测；ZigBee；GPRSIII万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchonReal--timeMonitoringSystemandit

6、sApplicationinMetroTunnelConstructionAbstractBecausetherearemanyinvisiblefactorsinsubwaytunnelconstructionprocess，liabletocollapseorgroundmovement，effectthestabilityofperipheralbuilding．Sousingmonitoringcontrolandsurveytechniquesinthetunnelconstructionprocess．Thereforeasytopromptlyg

7、raspstabilityofsurroundingrockandsecurityofsupportingstructure．Meanwhile，providedirectandeffectiveoriginaldataforoptimizationdesignparametersandadjusttheconstructioncraft．Traditionalmanualmonitoringcannotmeetthedemandforhigh—precision．high—frequencymonitoring．WiththeriseoftheInterne

8、tofThingstechnology