隧道微震分布式直观警示系统开发与工程应用

摘要

公路隧道建设安全管理是国家重点关注问题，目前传统的监测技术关注点在于应变后的量测，没能达到透过现象看本质，发现灾害演变过程，自然不能很好做到灾害预警。若是能在灾害演变过程中就能监测到有效信息，能大大减少灾害带来的损失。因此，利用微震技术监测隧道施工建设中围岩的变动是很有必要的。
　　本论文针对隧道施工安全管理应用开发隧道微震分布式直观警示系统，该系统通过对隧道围岩内部，由于应力跳变、微断裂和岩爆等物理变化产生的微震信号的实时监测，并采用独立的智能测量设备在隧道内特征点位的分布布设，来识别隧道内微震信号类别、数量、能量大小、时间分布、波形时频域特征等，从而分析微震与围岩稳定性的关系，实现对可能的地质灾害提前探测，如:隧道围岩稳定性的预判断，岩爆危险的预感知等等。研制的微震监测警示仪以直观的方式，可以实现施工现场风险预警，通过这种先进的技术手段，使施工现场的安全管理上升到一个新的台阶。
　　研发隧道微震分布式直观警示系统，首先过查阅和调研公路隧道发展与微震监测发展等相关资料，并做了相关市场调研，了解目前国内外微震监测技术在隧道施工过程中的应用情况，技术与工程的连接程度，和目前存在的不足。国内暂无完善的监测警示设备，而国外引进设备昂贵且专业性强，需配备专业指导。然后对于系统基础理论微震监测技术原理进行学习和掌握，微震信号的产生、发展、拾取、辨认、预分析、传输及处理，每一过程都包含了较多知识量，有岩体力学、电子信息、软硬件处理、网络通讯等。在理论基础上，进行自主开发系统设备，制定一套严谨的研发方案并严格按照要求执行。传感器的选择不仅只考虑硬件设备的问题，其中牵扯了测量位移和加速度之间的关系。数据采集模块必须满足24小时不间断采集，不漏数，不停顿，能暂时存储并有足够通道传输。供电系统考虑在施工环境现场断电的情况下能满足设备正常使用。软件处理需求较大，前端数据预处理，过滤，包络分析，阈值分析，报警识别等。
　　最后，开发系统必须经过工程检验才算是合格的产品。隧道微震分布式直观警示系统在中铁二十局东环线牛栏湾隧道施工现场应用，人工爆破时，能产生紧急报警状态，但目前收集数据较少，还并未对其在安全管理作用上进行评价与分析。后续，对于系统的研究仍会继续。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状和发展动态

1．2．1 隧道开挖过程中监控量测应用现状

1．2．2 微震监测技术研究现状

1．3 发展动态

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

第二章 微震监测系统设备市场调查

2．1 市场调研

2．2 学术交流

2．3 本章小节

第三章 基于微震监测原理的研发

3．1 微震监测原理

3．1．1 微震及微震监测技术

3．1．2 微震监测系统结构框架

3．1．3 传感器

3．2 微震监测参数的认知

3．3 信号波形的识别

3．4 研发方案

3．5 本章小结

第四章 隧道微震分布式直观警示系统的开发

4．1 开发系统的必要性

4．2 系统开发技术路线

4．3 系统开发硬件分工

4．3．1 传感器选择要求

4．3．2 数据采集要求

4．3．3 通信模块要求

4．3．5 二次开发接口要求

4．4 系统开发硬件组成

4．4．1 传感器确认

4．4．2 数据采集模块确认

4．5 系统开发软件组成

4．6 系统开发前端直观警示仪

4．7 系统相关测试

4．7．1 仪器噪音测试

4．7．2 传感器测试

4．8 系统联调测试

4．8．1 系统软件联调测试

4．8．2 系统硬件联调测试

4．9 本章小结

第五章 系统工程应用

5．1 东环线牛栏湾隧道合作项目

5．1．1 牛栏湾隧道项目需求

5．1．2 牛栏湾隧道设备安装

5．1．3 牛栏湾隧道系统设备应用初步分析

5．2 重庆交科院合作项目

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的论文和取得的学术成果