隧道裂缝宽度变化速率监测系统及隧道裂缝监测方法与流程

本发明属于隧道工程，具体涉及一种隧道裂缝宽度变化速率监测系统及隧道裂缝监测方法。

背景技术：

1、隧道工程结构长期使用过程中，受材料、温度、环境、受力条件等因素的影响，隧道的衬砌容易产生裂缝。由于钢筋砼具有一定的带裂缝工作能力，因此并不是出现裂缝就需要进行加固。如果裂缝发展速度较快、宽度较大，则对结构安全具有威胁。故，需要对裂缝进行监测，以判断该处裂缝是否需要加固。需要监测的信息有很多，其中最重要的一项就是裂缝变形速度信息。

2、目前普遍采用以下方法对裂缝变形速度进行监测：方法一，工人每隔一段时间采用塞尺或玻璃片辅助量尺对裂缝宽度进行测量并记录，再根据多次测量的数据进行计算，得到一定时间内裂缝的变形速度信息，但是具有耗费人力的缺点。方法二，在隧道中安装激光测距仪或容栅传感器对裂缝宽度进行测量并记录，再根据多次测量的数据进行计算，得到一定时间内裂缝宽度变化速率信息，但是激光测距仪或容栅传感器不适应地下工程的长期潮湿环境，容易损坏失效。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道裂缝宽度变化速率监测系统及隧道裂缝监测方法，能长期准确地监测隧道衬砌上的裂缝宽度变化速率。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：隧道裂缝宽度变化速率监测系统，包括隧道裂缝宽度测量装置、通信模块、存储模块和控制模块；

3、所述隧道裂缝宽度测量装置包括磁栅尺、磁头和控制单元；所述磁栅尺通过安装基座安装于隧道衬砌上；所述磁头安装于所述磁栅尺上，所述磁头的感应端与所述磁栅尺的磁条相对应布置且配合使用；所述磁栅尺沿裂缝的宽度方向布置，裂缝宽度小于所述磁栅尺的最大测量值；

4、所述控制单元用于控制磁头读取裂缝宽度测量信息，并将裂缝宽度测量信息通过所述通信模块发送给存储模块；所述控制模块用于调取存储模块中的裂缝宽度测量信息，并通过拟合算法得到裂缝宽度变化速率信息。

5、进一步的，所述隧道裂缝宽度测量装置设置有多个，每条裂缝处均安装有所述隧道裂缝宽度测量装置。

6、进一步的，所述磁栅尺为带原点的绝对式磁栅尺。

7、进一步的，所述存储模块和控制模块集成设置在服务器上。

8、进一步的，所述通信模块为中继站或者通信基站。

9、进一步的，所述安装基座通过螺钉固定在隧道衬砌上。

10、隧道裂缝监测方法，采用隧道裂缝宽度变化速率监测系统，包括步骤：

11、步骤s10，获取裂缝宽度变化速率信息，通过计算得到裂缝宽度变化速率指数s1：

12、设定裂缝宽度变化速率阈值为tw，其中kω为实际监测获得的宽度变化速率；

13、获取裂缝走向与主要载荷方向的夹角，通过计算得到裂缝走向指数s2：

14、设定裂缝走向与主要载荷方向的夹角为θ，0≤θ≤90，

15、其中0度表示裂缝走向与主要载荷方向一致，90度表示裂缝走向与主要载荷方向相垂直；

16、获取裂缝长度信息，通过计算得到裂缝长度指数s3：

17、设定裂缝长度阈值为l，其中l为实际测量得到的裂缝长度；

18、获取裂缝深度信息，通过计算得到裂缝深度指数s4：

19、设定裂缝深度阈值为d，其中d为实际测量得到的裂缝深度；

20、获取裂缝密集度信息，通过计算得到裂缝之间相对关系指数s5：

21、设定裂缝密集度阈值为r，其中r为实际测量得到的裂缝密集度；

22、步骤s20，根据步骤s10获得的裂缝宽度变化速率指数s1、裂缝走向指数s2、裂缝长度指数s3、裂缝深度指数s4、以及裂缝之间相对关系指数s5，通过计算得到综合健康得分进而得到隧道衬砌结构现状结论；

23、设定综合健康得分为h，h＝α·s1+β·s2+γ·s3+δ·s4+ε·s5，

24、其中：α是裂缝宽度变化速率的权重系数，初始值为0.2，通过裂缝宽度变化速率数据迭代反算，获得裂缝宽度变化速率的实际权重；β是裂缝走向的权重系数，初始值为0.2，通过裂缝走向数据迭代反算，获得裂缝走向的实际权重；γ是裂缝长度的权重系数，初始值为0.2，通过裂缝长度数据迭代反算，获得裂缝长度的实际权重；δ是裂缝深度的权重系数，初始值为0.2，通过裂缝深度数据迭代反算，获得裂缝深度的实际权重；ε是裂缝之间相对关系的权重系数，初始值为0.2，通过裂缝之间相对关系数据迭代反算，获得裂缝之间相对关系的实际权重；

25、当h>8时，隧道衬砌结构健康；

26、当5<h≤8时，隧道衬砌结构轻度损伤；

27、当2<h≤5时，隧道衬砌结构中度损伤；

28、当h≤2时，隧道衬砌结构重度损伤。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种隧道裂缝宽度变化速率监测系统及隧道裂缝监测方法，能长期准确地监测隧道衬砌上的裂缝宽度变化速率。本发明中的隧道裂缝宽度测量系统可在潮湿环境长期使用，从而避免了容栅传感器的弊端，即潮湿环境导致容栅传感器栅极间的电容变化而失效。磁栅尺采用带原点的绝对式磁栅尺，从而避免了断电后的数据丢失，使得长期监测成为可能。本系统成低廉，适合大批量应用，经济可行。

技术特征：

1.隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，包括隧道裂缝宽度测量装置(1)、通信模块(2)、存储模块和控制模块；

2.如权利要求1所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，所述隧道裂缝宽度测量装置(1)设置有多个，每条裂缝(4)处均安装有所述隧道裂缝宽度测量装置(1)。

3.如权利要求1所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，所述磁栅尺(101)为带原点的绝对式磁栅尺。

4.如权利要求1所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，所述存储模块和控制模块集成设置在服务器(3)上。

5.如权利要求1所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，所述通信模块(2)为中继站或者通信基站。

6.如权利要求1所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，其特征在于，所述安装基座(104)通过螺钉固定在隧道衬砌上。

7.隧道裂缝监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任意一项所述的隧道裂缝宽度变化速率监测系统，包括步骤：

技术总结
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道裂缝宽度变化速率监测系统及隧道裂缝监测方法。其中的隧道裂缝宽度测量装置包括磁栅尺、磁头和控制单元；磁栅尺通过安装基座安装于隧道衬砌上；磁头安装于磁栅尺上，磁头的感应端与磁栅尺的磁条相对应布置且配合使用；磁栅尺沿裂缝的宽度方向布置，裂缝宽度小于磁栅尺的最大测量值；控制单元用于控制磁头读取裂缝宽度测量信息，并将裂缝宽度测量信息通过通信模块发送给存储模块；控制模块用于调取存储模块中的裂缝宽度测量信息，并通过拟合算法得到裂缝宽度变化速率信息。隧道裂缝宽度测量装置可在潮湿环境长期使用，能长期准确地监测隧道衬砌上的裂缝宽度变化速率。

技术研发人员：丁尧,郑建国,林国进,田志宇,向龙,滕振楠,牟智恒,向黎明
受保护的技术使用者：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23