本發明涉及隧道工程監測領域，更具體涉及一種隧道遠程在線遙測系統串聯式組網方法，適用于水利水電、交通等隧道工程遠程在線遙測組網。

背景技術：

當前，隨著光學、電學、傳感器技術、分布式信息處理技術和無線網絡技術的迅猛發展，一類結合全球第五代總線控制系統和GPRS技術的新型隧道遠程在線遙測系統，由于具有高采集頻率、自動分析、遠程實時傳輸等優點，已成功取代常規監測，被逐步應用于大型公路隧道、水利水電地下產房等重點工程，并取得了較以往更為豐富、客觀、全面的各項圍巖指標變化資料，獲得如位移、變形、錨桿應力等全過程曲線，為后期分析巖體時空演變效應、圍巖力學參數反演和穩定性數值計算提供了直觀依據，并在此基礎上，對工程施工開挖支護方案進行反饋優化，以最大程度的發揮圍巖自穩作用，減少工程支護成本和有效節約人力成本，從而正式成為工程監控量測的主流。

可以明顯得知的是，隧道遠程監測系統的組網方式，是監控量測工作的“規劃師”，其組織行為本身高效、科學與否，對整個隧道監測結果好壞有著最為直接的關系，同時對后期圍巖穩定性評估和預警具有重要影響，但至今，關于此方面的報道卻鮮有提及(《計算機工程》，2004年第6期，題名“基于現場總線的隧道監控系統的設計”，作者賀敬凱等。《武漢大學學報(工學版)》，2007年第4期，題名“超長隧道、礦井預警分布數據采集和傳輸系統研究”，作者梁湘宜等。中國專利公開號：CN201410074059.5，專利名稱為“基于光纖傳感網的智能隧道監測和報警系統”，中國專利公開號：CN201120171297.X，實用新型名稱“一種基于CAN總線的隧道監測預警系統”，中國專利公開號：201210063334.4，專利名稱為“一種隧道施工信息化動態監測系統及監測方法”)合理的組網方式，不僅能第一時間充分獲取監測斷面的各項圍巖變化信息，而且能有效規避隧道作業環境復雜等不利因素對監測工作的限制，同時最大程度減輕監測工作對施工作業的干擾。

監測數據在隧道內部，是通過有線方式進行傳輸，同時每一個監測斷面通常會埋設較多的監測儀器，用于圍巖多項關鍵指標監測，因而在洞內會裸露大量的儀器線，當隧道進行施工爆破、機械開挖、噴錨支護等作業活動時，極易造成儀器線在裸露段或傳輸段斷掉，進而導致埋設儀器失效或監測中斷，造成部分重要監測數據丟失，從而使工程的動態反饋分析與設計優化無法繼續開展。因此，很有必要考慮在隧道復雜環境條件下，監測數據如何安全、連續傳輸的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述存在的不足，提供一種隧道遠程在線遙測系統串聯式組網方法，以優化監測數據的傳輸路徑，提高監測系統數據采集能力，降低儀器受損率，確保監測系統采集數據的穩定性與連續性，同時減少對施工作業的干擾。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種隧道遠程在線遙測系統串聯式組網方法。

所述的串聯式組網方法包括以下步驟：

步驟1

在隧道開挖過程中，在沿開挖方向經初噴混泥土后的隧道圍巖的左拱肩、拱頂、右拱肩分別埋設第一位移計、第二位移計、第三位移計；

在隧道拱頂埋設第一噴層壓力盒，第一噴層壓力盒位于初襯鋼拱架與噴層圍巖之間；

在隧道左邊墻、右邊墻分別埋設第一錨桿應力計和第二錨桿應力計；

第一位移計、第二位移計、第三位移計、第一噴層壓力盒、第一錨桿應力計和第二錨桿應力計分別經信號線接入第一通道處理器，第一通道處理器經電纜總線接入監控中心；

步驟2

隨著隧道開挖推進至目標監測區域，在經初噴混泥土后的目標監測斷面后方隧道圍巖的隧道左拱肩、拱頂、右拱肩埋設第四位移計、第五位移計、第六位移計；

在隧道拱頂埋設第二噴層壓力盒，其位于初襯鋼拱架與噴層圍巖之間；

在隧道左邊墻、右邊墻分別埋設第三錨桿應力計和第四錨桿應力計；

第四位移計、第五位移計、第六位移計、第二噴層壓力盒、第三錨桿應力計和第四錨桿應力計經信號線分別接入第二通道處理器，第二通道處理器通過電纜總線與第一通道處理器串聯連接；

步驟3

隨隧道開挖繼續推進至目標監測斷面，在所需監測區域后經初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線與第二通道處理器串聯連接。

由于采用了上述技術方案，本發明的一種隧道遠程在線遙測系統串聯式組網方法，主要具有以下優點：

(1)串聯式接入方法，充分考慮了隧道的線性結構特征，可與隧道逐層開挖工序形成有效結合，減輕監測工作對施工作業的干擾，保證隧道斷面監測系統接入的連續性，進而確保監測數據傳輸的穩定性和高效性，同時系統易于擴展。

(2)采用通道處理器實現隧道內儀器線路集中，便于保護，進而降低了機械開挖、施工爆破、人工作業對線路的破壞幾率，同時通道處理器在具備普通數據處理器一切功能的基礎上，還能增加通信強度，并對異常傳感器進行隔離，從而有效保障正常儀器不受干擾，獨立完成數據傳輸。

(3)本發明組網方法可完全兼容不同類型的傳感器，而且對接入傳感器的數量和位置均沒有限制，同時安裝簡便，系統線路易于維護，同時線性串聯接入，有效規避了隧道作業環境復雜等不利因素對監測工作的限制，利于獲得較好的監測結果，具有較強的推廣應用價值。

附圖說明

附圖1為本發明的組網示意圖。

附圖2為本發明的系統框圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。

見附圖。

一種隧道遠程在線遙測系統串聯式組網方法，所述串聯式組網方法包括以下步驟：

1)在隧道開挖過程中，在沿開挖方向經初噴混泥土后的隧道圍巖的左拱肩和右拱肩分別埋設第一位移計101、第三位移計103，兩者軸心保持在同一直線上，且與拱肩表面垂直，第二位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，第一錨桿應力計105和第二錨桿應力計106分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心保持在同一直線上，且與左邊墻和右邊墻表面垂直，后向埋設孔內注漿，使儀器與圍巖耦合固定，其中儀器埋設深度均應超過圍巖松動圈深度，且鉆孔深度略大于埋設深度，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，第一噴層壓力盒104則置于混凝土噴層與鋼拱架之間，底部使用鋼板托盤頂起，托盤與工字鋼架采用焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側走線后接入第一通道處理器107，其中，第一通道處理器107為八孔規格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

2)第一通道處理器107通過電纜總線601接入監控中心301內無線發送模塊501，監控中心主機401通過usb轉RS485/RS422串口線403與無線發送模塊404相連，接收現場采集數據，并安裝有遠程監測軟件管理平臺402，用于對采集數據進行管理、分析和輸出，最后，監控中心主機401借助電源線404與外部電源聯通，實現系統運轉。

3)無線發送模塊501與監控中心主機401相連，天線502與無線發送模塊501相連，用于增加信號強度，無線發送模塊501內置有通信服務功能的SIM卡506，通過GPRS網絡實現與遠程服務器504的遠程通信，遠程服務器504和遠程客戶端505同樣裝有遠程監測軟件管理平臺502，用于對采集數據進行管理、分析和輸出，同時遠程服務器503還裝有動態域名解析和端口映射軟件505，用于用于固定IP和建立端口映射，實現Internet下遠程服務器503和遠程客戶端504之間的遠程通信。

4)隨著隧道開挖推進至目標監測區域，在經初噴混泥土后的目標監測斷面后方隧道圍巖的隧道左拱肩和右拱肩，分別埋設第四位移計、第六位移計，兩者軸心保持在同一直線上，且與拱肩表面垂直，第五位移計202垂直埋入圍巖拱頂中，第三錨桿應力計205和第四錨桿應力計206分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心保持在同一直線上，后向埋設孔內注漿，使儀器與圍巖耦合固定，其中儀器埋設深度均應超過圍巖松動圈深度，同時保持垂直邊墻壁面鉆孔，且鉆孔深度略大于埋設深度，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，噴層壓力盒204則置于混凝土噴層與鋼拱架之間，底部使用鋼板托盤頂起，托盤與工字鋼架采用焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側走線后接入通道處理器207，第二通道處理器207通過電纜總線601與第一通道處理器107串聯連接，其中，第二通道處理器207為八孔規格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

5)隨隧道開挖繼續推進至目標監測斷面，在所需監測區域后經初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線601與第二通道處理器207串聯連接，依次類推。

實施例

寧波地區某在修公路隧道，斷面呈圓形，全斷面開挖，洞身全長3850米，圍巖松動圈深度約為3米。存有四處節理密集帶，有一定的塌方風險，分別在樁號位置為：ZK53+765、ZK53+780兩處埋設監測儀器，開展圍巖穩定性在線監測，其中位移計、錨桿應力計和壓力盒直徑分別為3、4、20公分，監控中心位于隧洞外。

1)當隧道開挖至樁號ZK53+780時，工作人員入場埋設第一組傳感器，埋設時間間選在圍巖初襯時同步進行。首先在相應埋設位置打孔，打孔深度為3.2米，略大于松動圈深度，便于安裝和儀器測量，其中第一位移計101、第二位移計102、第三位移計103采用4公分鉆頭，第一錨桿應力計105和第二錨桿應力計106采用5公分的鉆頭，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，同時待打孔完畢，分別將第一位移計101、第三位移計103垂直埋入隧道左拱肩、右拱肩，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，第二位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，第一錨桿應力計105和第二錨桿應力計106分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，后向埋設孔內注漿，使儀器與圍巖耦合固定，噴層壓力盒104安裝時，需提前準備沙袋一個，沙袋攤平后面積稍大于壓力盒表面面積，以便于壓力盒均勻受力，將沙袋置于壓力盒頂與混凝土噴層之間，底部使用鋼板托盤頂起托盤與工字鋼架焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側走線后接入第一通道處理器107，其中，第一通道處理器107為八孔規格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

2)第一通道處理器107通過電纜總線601接入監控中心301內無線發送模塊501，監控中心主機401通過usb轉RS485/RS422串口線403與無線發送模塊404相連，接收現場采集數據，并安裝有遠程監測軟件管理平臺402，用于對采集數據進行管理、分析和輸出，最后，監控中心主機401借助電源線404與外部電源聯通，實現系統運轉。

3)無線發送模塊501與監控中心主機401相連，天線502與無線發送模塊501相連，用于增加信號強度，無線發送模塊501內置有通信服務功能的SIM卡506，通過GPRS網絡實現與遠程服務器504的遠程通信，遠程服務器504和遠程客戶端505同樣裝有遠程監測軟件管理平臺502，用于對采集數據進行管理、分析和輸出，同時遠程服務器503還裝有動態域名解析和端口映射軟件505，用于用于固定IP和建立端口映射，實現Internet下遠程服務器503和遠程客戶端504之間的遠程通信。

4)當隧道掌子面推至樁號ZK53+780時，工作人員入場埋設第二組傳感器，埋設時間間選在圍巖初襯時同步進行。首先在相應埋設位置打孔，打孔深度為3.2米，略大于松動圈深度，便于安裝和儀器測量，其中位移計201、位移計202、位移計203采用4公分鉆頭，錨桿應力計205和錨桿應力計206采用5公分的鉆頭，以防止鉆孔后殘余巖石碎渣掉入孔道底部擠占儀器空間，同時待打孔完畢，分別將位移計201、位移計203垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，位移計102垂直埋入圍巖拱頂中，錨桿應力計205和錨桿應力計206分別垂直埋入隧道左邊墻、右邊墻，兩者軸心盡可能保持在同一直線上，以便后期分析，后向埋設孔內注漿，使儀器與圍巖耦合固定，噴層壓力盒204安裝時，需提前準備沙袋一個，沙袋攤平后面積稍大于壓力盒表面面積，以便壓力盒克服噴層表面凹凸不平的不足，達到均勻受力，沙袋置于壓力盒頂與混凝土噴層之間，底部使用鋼板托盤頂起托盤與工字鋼架焊接固定，儀器安裝完畢后，儀器線采用扎帶束團，外部則用架立角鋼進行保護，依隧道右側走線后接入第二通道處理器207，第二通道處理器207通過電纜總線601與第一通道處理器107相連，其中，第二通道處理器207為八孔規格，兩端兩孔用于總線接入，中間六孔用于儀器接入。

5)隨隧道開挖繼續推進至目標監測斷面，在所需監測區域后經初噴混泥土后的隧道圍巖中埋設第i組傳感器，按步驟2的方式布置，并將安裝完成后的第i組傳感器經信號線分別接入第i通道處理器，第i通道處理器通過電纜總線601與第二通道處理器207串聯連接(i由監測面數目確定)。

實施上述技術方法對該逐層開挖隧道進行穩定性監測，獲得了連續完整的如位移、變形、錨桿應力等監測量全過程監測曲線，進而合理分析了隧道節理密集帶洞段圍巖穩定性，并準確預警了危險洞段圍巖塌方風險，同時對工程施工開挖支護方案進行了反饋優化，最后，實施本技術方法后現場施工開挖未出現任何人員傷亡，確保了施工安全。