地下工程灾害光纤多参数监控体系软件平台开发

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1、地下工程灾害光纤多参数监控体系软件平台开发第1章绪论1.1课题的研究背景和意义近些年来，随着我国经济的迅速发展，地下工程基础设施建设的投入不断增加，在地质条件复杂的地区修建了大量的交通隧道与水电隧洞。与此同时，地下工程灾变与地质灾害以及重大生产安全事故频繁发生，造成了严重的人员伤亡、巨大的经济损失和恶劣的社会影响。地下工程建设因其施工周期长、施工项目多、施工技术复杂以及工程投资大、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，地下工程建设被认为是一项高风险建设工程[M]。随着我国地下工程的快速发展和建设规模的扩大，频发的地质灾害

2、已成为制约我国地下工程建设的瓶颈。随着铁路公路工程的建设重心向复杂地形地质条件下的西部山区转移，出现了具有埋深大、洞线长、高水压、灾害风险高、施工难度大等显著特点的險道，复杂的水文地质条件与突水、塌方等重大地质灾害堪称世界级工程难题贯穿整个地下工程施工期的实时监测已成为地下工程风险评价与灾害预警的重要组成部分。实时监测技术可将监测结果进行实时采集处理，及时反馈到工程设计、施工和运行中，对施工安全具有重大意义地下工程正逐步迈向信息化时代，其关键环节在于监测，核心在于整个工程施工期可以随时根据监测情况对设计和施工方案进行动态调整[

3、91，以达到经济合理、安全可靠。因此，对获取的数量大、种类多的监测数据快速进行分析和反馈就成为一个重大的课题。开发一套利用计算机硬件和计算机软件技术对数据进行有效的收集、存储、处理和应用的数据管理监测软件平台成为解决这个课题的关键所在。传统的监测软件无法适应高速发展的地下工程自动化信息管理，也不足以应付对数据的快速处理，且良好人机交互界面的缺失，给工程技术人员带来很大的不便。幵发新的地下工程灾害监测软件平台成为当务之急。地下工程灾害监测软件平台一来服务于信息化的地下工程，二来为科学研究提供分析数据源。监测软件平台结合前台可视化

4、界面和后台的业务处理，及时收集由于地下工程施工中产生的应变、位移等多参数变化信息，并根据一定的判别标准对异常数据进行预警处理，及时调整工程方案，对预防地下工程灾害的发生具有重要意义。由于地下工程的复杂情况、灾害的强大破坏性以及多参数监测的需求，急需要一套能够应用于地下工程灾害预测为目的、可以检测多种有效参数的实时监测求为支持这样的一种实时监测平台，必须以一种优越的检测技术作为依托。传统的机械传感技术和电类传感技术在防水性、抗电磁干扰、实时性、防腐蚀性、长期稳定性上都难以满足对地下工程灾害的实时监测需求。光纤传感技术是一种具有优

5、越特点的现代检测技术，具有抗电磁干扰、抗福射性能好、防水性能好、耐高温、耐高压，可以在极其恶劣的环境中进行工作等特点因此，监测系统的检测装置釆用光纤光栅传感器。本文以光纤传感技术为技术支持，实现一套高效、完备及稳定可靠的多参数监测平台。影响地下工程灾害的因素众多，单一参数监测难以有效的保证对灾害的预警作用，必须实现多参数的同时监测。1.2国内外研究现状由于地下工程灾害可能带来巨大的经济损失和恶劣的社会影响，因此地下工程监测成为地下工程设计与施工进程中的重要环节。监测系统中最为核心的部分为作为获取监测参数的传感器，其性能决定了监

6、测系统的整体成效。在第一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会上曾提出了若干險道及地下工程的施工监测手段[12]，这些振弦式传感器及电阻式传感器等机电式传感器在很长一段时间内被广泛应用到地下工程监测中。但是在长期的地下工程监测应用中，机电式传感器暴露出了很多问题，如防水性差、易受电磁干扰、数据漂移较大等。光纤传感器以其优良的性能推动了地下工程监测的发展，为地下工程监测提供了美好的前景。光纤传感器应用于多个工程监测领域中，都取得了令人鼓舞的进展在地下工程领域中，张帅军将光纤传感器应用在广州地铁五号线小北站工程中，通过监测分析，

7、认为光纤传感器耐腐蚀，反应灵敏且采集数据稳定，能够细微地反映出各种变化。在地铁工程中，余四红、马锁柱都利用光纤检测技术取得了良好的监测效果。山东大学的王静通过釆用多种类型的光纤光栅传感器，揭示出关键物理参数对灾害发生前兆信息的响应特征，建立了基于光纤传感技术的地下工程灾害实时监测与预测系统，为研究突涌水灾害的发展规律提供了强有力的数据支撑[19]。中国矿业大学的乔熙等人将建立的光纤光栅传感器监测系统在矿建施工中能够及时、准确地报道井壁状况，实现矿建的信息化施工[2G]。施斌等人以及王旭等人都在險道监测中利用光纤传感器实现了较高

8、的灵敏度。第2章系统分析2.1系统结构分析基于地下工程灾害光纤多参数监测系统结构组成如图2.1所示，整个系统分为三部分。不同类型的光纤光栅传感器（温度、压力、应变等）为系统第一部分，传感器安装在工程现场的待测点，用于实时传感相应的物理参数值。光纤光栅解调仪与通道扩展装置为系统