DB41T 2660-2024 公路隧道智能監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程

41I 1 1 1 2 3 6 6 7 8 9 9 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定1公路隧道智能監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程本文件適用于鉆爆法公路隧道施工期間的智能化監(jiān)GB/T22239信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保GB/T30269.701信息技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)第701部分：傳感器接口GB/T30269.901信息技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)第901部分：網(wǎng)關(guān)通用DB41/T2137公路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程隧道拱頂部分受地層壓力、開挖擾動、支護結(jié)構(gòu)變形等因24.1總體技術(shù)架構(gòu)4.2隧道監(jiān)測項目主要包括溫度濕度、圍巖位移、應(yīng)力應(yīng)變、孔隙4.3傳感器采集設(shè)備4.4傳感器網(wǎng)絡(luò)4.5物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)34.6智能監(jiān)測云平臺裂損、巖溶發(fā)育區(qū)、斷層破碎帶、富水區(qū)等災(zāi)害進行實時5.1基本要求5.1.4監(jiān)測頻率及監(jiān)測周期應(yīng)根據(jù)監(jiān)測項目及變化速率確定，變形位移等變化速率慢的項目監(jiān)測間隔應(yīng)每次不大于3h，應(yīng)力及應(yīng)變監(jiān)測間隔應(yīng)每次不大于0.5h。5.1.5隧道監(jiān)測傳感器和智能全站儀可采用串口方式通過線纜將數(shù)據(jù)采集器連接，同一監(jiān)測斷面上傳5.2溫度濕度采集5.2.2混凝土養(yǎng)護過程中，溫度傳感器應(yīng)保證具有5d不間斷的監(jiān)測數(shù)據(jù)，混凝土內(nèi)外溫度應(yīng)符合溫5.2.5溫度傳感器宜在隧道結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土表面及內(nèi)部等關(guān)鍵構(gòu)件位置處布設(shè)，監(jiān)測混凝土內(nèi)外溫度5.2.6溫度監(jiān)測宜選擇熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度5.2.7濕度傳感器安裝位置應(yīng)控制在隧道側(cè)壁上，傳感器的周圍要有足夠的空間保證空氣流通。5.3.1圍巖位移監(jiān)測應(yīng)包括圍巖拱頂沉降、底部5.3.2圍巖位移數(shù)據(jù)采集宜采用智能型全站儀、激光測距儀、傾角傳感器等設(shè)備進行量測。5.3.3采用智能型全站儀進行位移自動化監(jiān)測時,應(yīng)符合以下規(guī)定：a)位移監(jiān)測基準點應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)設(shè)施外部不受影響的穩(wěn)定區(qū)域；b)工作基點應(yīng)設(shè)置觀測墩或觀測站房，配置自動化控制防護裝置，滿足對儀器的防護要求；c)宜配置強制對中裝置，選點時應(yīng)考慮施工對工作基點的擾動和對視線的阻擋；d)監(jiān)測點與基準點宜同步進行觀測，并應(yīng)同時觀測至少3個監(jiān)測網(wǎng)點；5.3.4采用激光測距儀進行位移自動化監(jiān)測時，應(yīng)符合以下規(guī)定：a)注意測距儀和接收標靶的安裝一致性，并注意調(diào)整視線方向；b)調(diào)整測距儀和接收標靶之間的安裝距離至合適數(shù)值，參考測距儀測距精度指標；4c)激光測距儀精度根據(jù)監(jiān)測對象精度進行確定且不低于0.5mm；d)激光測距儀安裝應(yīng)避開潮濕的反射面，并避免測距通道上的粉塵、水汽對測距精度的影響。5.4應(yīng)力、應(yīng)變采集5.4.1應(yīng)力、應(yīng)變量測應(yīng)包括鋼筋應(yīng)力、襯砌應(yīng)力、錨桿軸力、土壓力、接觸壓力、混凝土表面應(yīng)變5.4.2鋼筋及襯砌應(yīng)力量測宜采用鋼筋計、表貼式應(yīng)變計，錨桿軸力宜采用錨索測力計量測，土壓力監(jiān)測宜采用土壓力計，接觸壓力量測宜采用振弦式5.4.3應(yīng)變計或應(yīng)力計宜滿足全數(shù)字信號檢測，長距離傳輸不失真，抗干擾能力強。5.4.4長期監(jiān)測時，傳感器與監(jiān)測對象宜采用焊接或栓接方式安裝，應(yīng)進行調(diào)試并測定靜態(tài)初始值。5.4.5錨索測力計安裝前，應(yīng)保證錨索計安裝基面與鉆孔方向的垂直。5.4.7混凝土應(yīng)變監(jiān)測測點的應(yīng)變計布設(shè)應(yīng)符合以下規(guī)定：b)安裝位置各方向偏離監(jiān)測位置不應(yīng)大于30mm，安裝角度偏差不應(yīng)大于2°。5.5孔隙水壓力采集5.5.1應(yīng)利用振弦式、應(yīng)變式孔隙水壓計對孔隙水壓力進行監(jiān)測。5.6洞內(nèi)裂縫變形采集5.6.1裂縫變形監(jiān)測可采用振弦式測5.6.2傳感器監(jiān)測量程應(yīng)介于測點位移允許值的2~3倍5.6.4已有裂縫檢測前應(yīng)掌握其位置、寬度、深度、走向等信息，然后監(jiān)測裂縫的寬度變化，尚未發(fā)生開裂的結(jié)構(gòu)，宜監(jiān)測其應(yīng)力應(yīng)變變化，并持續(xù)觀測5.7超前地質(zhì)預報數(shù)據(jù)采集5.7.2宜采用地質(zhì)調(diào)查法并利用遙感、三維激光掃描、數(shù)碼攝影等技術(shù)完成巖體裂隙、巖層產(chǎn)狀及圍巖級別等地質(zhì)信息的遠程識別，并建立數(shù)據(jù)實時傳輸5.7.3可采用超前鉆探法并利用孔內(nèi)攝影、a)鉆孔前地質(zhì)技術(shù)人員應(yīng)進行安全、技術(shù)、質(zhì)量交底；其流量隨鉆孔深度變化情況，涌砂、突進、振動、卡鉆5d)鉆孔施做完成后，及時編制鉆孔柱狀圖、鉆孔布置圖、代表性巖芯照片；e)進行富水破碎帶、季節(jié)變動帶及以下巖溶預報時，應(yīng)安裝防突和測壓裝置。5.7.4宜采用地震波反射法探測具有明顯波阻抗差異的斷層破碎帶地質(zhì)。地震波反射法現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集應(yīng)符合下d)地震波反射儀器模數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于24bit，頻率響應(yīng)范圍宜為2~5000Hz；e)地震波反射儀器記錄長度可選，每道最少樣點5.7.5宜采用地質(zhì)雷達法探測隧道掌子面前方近距離的斷層破碎帶、巖性接觸帶、巖溶發(fā)育區(qū)等不良b)地質(zhì)雷達儀系統(tǒng)增益不應(yīng)低于150dB，信噪比應(yīng)大于60dB；c)地質(zhì)雷達儀脈沖重復頻率不應(yīng)小于100kHz，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于16bit；d)地質(zhì)雷達儀采樣間隔不應(yīng)大于0.5ns，模數(shù)5.7.6宜采用瞬變電磁法探測隧道掌子面前方中距離范圍內(nèi)存在明顯電阻率差異的巖性接觸帶、斷層破碎帶、巖溶發(fā)育區(qū)等不良地質(zhì)。瞬變電磁法現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集應(yīng)符合下列要大時，宜布置相距一定間距的多組水平和鉛垂的扇形b)瞬變電磁儀最大發(fā)射電流不低于3A，發(fā)射信號宜為雙極性方波，時間宜隨取樣道數(shù)選擇值變c)瞬變電磁儀發(fā)射基頻頻率宜能在2.5~225Hz范圍內(nèi)分檔，通道靈敏度不應(yīng)大于0.5mV；5.7.7宜采用高分辨率直流電法探a)高分辨直流電法有效預報距離不宜超過80m，連續(xù)探測時前后兩次應(yīng)重疊10m以上；b)發(fā)射、接收電極間距測量準確，誤差應(yīng)小于5cm；e)數(shù)據(jù)重復測量誤差應(yīng)小于5%，否則應(yīng)檢查電極和儀器電源是否正常、工頻干擾是否過大等。5.7.8涌水突泥應(yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進行超前地質(zhì)預報。5.7.9瓦斯?jié)舛葢?yīng)以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進行超前地質(zhì)預報。66.2.2傳感器應(yīng)與測量系統(tǒng)匹配性好，轉(zhuǎn)換靈6.2.3傳感器應(yīng)受被測對象狀態(tài)影響小，內(nèi)部噪聲小且不易受外界干擾的6.3.1應(yīng)由微控制器組成，微控制器應(yīng)至少包括微處理器以及存6.3.2微控制器應(yīng)負責解析總控中心的交互信息并向傳感器發(fā)送信息采集6.3.3處理器模塊應(yīng)能夠?qū)鞲衅鞑杉瘮?shù)據(jù)進行傾角換算、變形計算等數(shù)據(jù)存儲處理功能。6.4.1應(yīng)具備串行通信接口或無線收6.4.2應(yīng)具備加密安全層，保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的6.5.3休眠機制應(yīng)具有較快的接入和喚醒速度，休眠狀態(tài)激活的時延應(yīng)不超過20ms。7.1.2監(jiān)測斷面與監(jiān)測節(jié)點數(shù)量較少、監(jiān)測距離較近時宜采用總線型或星型網(wǎng)絡(luò)拓撲7.1.3隧道監(jiān)測范圍較廣、終端節(jié)點和路由器較多時宜采用樹型網(wǎng)絡(luò)拓7.2.1應(yīng)在隧道內(nèi)對無阻擋和有阻擋條件下，不同節(jié)點距離下的組網(wǎng)性能（包括信號強度和7.2.2應(yīng)在可接收的信號強度和容許丟包率條件下部署路由器和協(xié)調(diào)器節(jié)點7.2.3組網(wǎng)最多包含一個協(xié)調(diào)器節(jié)點，路由器節(jié)點和終端節(jié)點應(yīng)根據(jù)監(jiān)測斷面距離及監(jiān)測點數(shù)7.3.1終端節(jié)點由監(jiān)測現(xiàn)場的傳感器及其數(shù)據(jù)采集器組成，應(yīng)負責應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)采集7.3.2應(yīng)能完成監(jiān)測數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換7.4.1應(yīng)用于擴展網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，7.5.1應(yīng)具備數(shù)據(jù)接收與處理功能，接收終端節(jié)點或路由節(jié)點傳送數(shù)據(jù)并進78.1.1傳感器節(jié)點與網(wǎng)關(guān)及云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)a)有線傳輸方式可選擇RS232/485電纜、光纖光纜、雙絞線電纜等；b)無線傳輸方式可選擇ZigBee、WiFi、GPRS、4G/5G、NB-LoT、LoRa等。8.2.1通信協(xié)議應(yīng)根據(jù)通信數(shù)據(jù)傳輸距離、數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)傳輸效率、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、傳輸功耗的不a)短距離ZigBee無線傳輸應(yīng)采用ZigBee無線通信協(xié)c)遠距離GPRS無線傳輸應(yīng)采用GSM/GPRS無線公網(wǎng)通信協(xié)議。8.2.3不同感知控制設(shè)備的不同接入?yún)f(xié)議應(yīng)通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換至同一種約定協(xié)議，公共通信網(wǎng)的協(xié)議應(yīng)通8.2.4應(yīng)對傳輸網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點以及數(shù)據(jù)包進行編碼，并建立數(shù)據(jù)重發(fā)機制，避免數(shù)據(jù)包丟失和傳輸順序8.2.5通信協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備應(yīng)支持路由安全機制和數(shù)據(jù)安全機8.3.1通信接口包括不同的物理接口及通信協(xié)議，不同的通信協(xié)議之間應(yīng)基于網(wǎng)關(guān)達到相互操作和數(shù)8.3.3傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口應(yīng)至少具備10個模擬量輸入通道,模擬量應(yīng)支持4~20mA電流輸入或O~10V8.4.3至少具備2個數(shù)字量輸入通道,電壓輸入范圍為0~10V,應(yīng)采用光耦合器進行內(nèi)8.4.5網(wǎng)關(guān)應(yīng)支持遠程管理方式對網(wǎng)關(guān)接入配置的讀取、更改和刪除。89數(shù)據(jù)存儲9.1基本要求9.2邊緣存儲要求9.2.1應(yīng)采用分布式文件系統(tǒng)或鍵值數(shù)據(jù)庫對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲。9.2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)宜以設(shè)備為單位建立索引存儲管理數(shù)據(jù)，設(shè)備索引中兼容不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)類型，支持9.2.3應(yīng)具有足夠的存儲容量來存儲監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并應(yīng)支持可擴展性，以便增加存儲容量。9.2.4應(yīng)具有高可靠性和數(shù)據(jù)冗余機制，以防止數(shù)據(jù)丟失和損壞。9.3.1應(yīng)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或時間序9.3.2應(yīng)根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變、圍巖變形、荷載壓力及監(jiān)測系統(tǒng)9.3.3原始監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)定期存儲、備份存檔，處理數(shù)據(jù)宜保持不少于三個月在線存儲，經(jīng)統(tǒng)計分析的9.4數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)列表9.4.1隧道基本信息列表應(yīng)存儲施工項目名稱、施工單位、監(jiān)測單位、設(shè)計單位、水文地質(zhì)概況、施9.4.2傳感器采集數(shù)據(jù)列表應(yīng)存儲項目監(jiān)測位置、監(jiān)測點號、傳感器點號、采集頻率、采集日期、原9.4.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析列表應(yīng)存儲監(jiān)測項目、監(jiān)測點號、監(jiān)測時間、監(jiān)測910.2.2數(shù)據(jù)處理分析之前,應(yīng)進行粗差探測識別a)粗差剔除可采用過程線法、統(tǒng)計檢驗法、模型檢驗法進行；b)傳感器異常數(shù)據(jù)應(yīng)通過3次以上的冗余測量進行校核，將確定為粗差的數(shù)據(jù)進行剔除；c)應(yīng)剔除信號干擾和監(jiān)測系統(tǒng)異常引起的真異常數(shù)據(jù)，保留由結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化引起的偽異常值。10.2.3粗差剔除數(shù)據(jù)或缺失數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)a)插值填充方法采用隨機插值、拉格朗日插值、牛頓插值、極大似然估計等；b)模型填充方法采用回歸、貝葉斯、隨機森林、決策樹等模型對缺失數(shù)據(jù)進行預測；c)對于符合均