现代信息技术在隧道工程施工监测中的应用

　　【摘要】本文主要阐述了现代信息技术在隧道工程施工监测中的应用情况，加强隧道工程施工的技术保障的意义，以提高隧道工程施工的稳定性和安全性，促使隧道工程顺利进行。 　　【关键词】现代信息技术；隧道工程；监测；意义 　　一.现代信息技术在隧道工程施工监测中的应用 　　（一）GIS技术 　　地理信息系统（英语：Geographic Information System，缩写：GIS）是一个综合性的，结合了地理学与地图学，用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。 　　GIS技术将地理信息与获得的监测数据管理进行融合，将隧道工程、地面地理环境情况和监督观测点进行整合，并以地图的形式清晰、直观的表现出来，为工程施工提供信息基础。工程施工技术人员对监测到的信息进行详细分析，为设计施工方案奠定基础，提高施工的安全性和工作效率。GIS技术在工程施工可视化监测信息中占据着重要地位。该监测技术可在网络、移动终端和桌面等环境进行应用，包括二维、二维半和三维的空间维度，使监测时空信息管理不同方面的需求得到极大的满足。 　　GIS技术的三维应用是将地面、地上和地层的三维进行集成处理，形成可视图形。三维图像主要涵盖地面的情况，如地形、河流分布、道路以及绿地等，地上的情况，如桥梁、房屋等以及地层的信息，如地层地质情况和地下管线分布等，为工程施工提供了重要依据，实现了监测工作的具体化、可控化。在施工过程中，如果监测到地表的沉降超过限度值，可以利用GIS技术模拟可能出现的危险情况，设置配音，将这种危险形象化、具体化。同时，可以将网络技术与GIS技术结合起来，对监测到的信息进行综合管理，提高信息处理工作效率，促进隧道工程施工的顺利进行。图1为隧道施工监测信息系统结构框架图。 　　图1 隧道施工监测信息系统结构 　　（二）FBG技术 　　光纤布拉格光栅（英语：Fiber Bragg Grating，缩写：FBG）， 是光纤纤芯中的一种周期性或者非周期性扰动满足光纤光栅布拉格条件波长的光谱有效折射率的反射结构。 　　FBG技术对隧道工程施工前期，对施工中的温度变化情况，混凝土衬砌情况和拱顶应力进行监测，是以了光纤的传导原理为技术基础，便于施工人员对施工地区的实时掌控的监测技术。FBG技术能够抵抗电磁干扰，反应能力强，当监测对象发生变化时，能够对相关数据及时反应并进行更改。在后布法的隧道结构监测中进行应用时，获得的监测效果更加显著。 　　FBG传感器进行安装时，用管片封装法进行包装，然后埋入指定地点。安装过程中，可以用一根螺纹钢筋作为传感器的媒介物，该螺纹钢筋的直径应与拱架主筋直径相同，以提高钢筋应力的精确性。在FBG温度传感器外加上金属毛细管，对其进行保护。对混凝土的应变进行监测时，在内部增加一根与两个密封螺帽进行连接的传感钢筋，应使用直径较小的传感钢筋，在外部用不锈钢筒进行保护。并且，使用与钢筋应力监测相同的标本进行监测。 　　FBG的中心波长值输送到解调仪器后，比较安装后到喷射混凝土之前所测得的波长值。两组值进行分析就可得到FBG传感器的波长变化规律。然后利用数据分析系统，拱顶的变形、对围岩状态和支护形开化等详细分析，确定施工过程中的风险点，对施工方案进行调整，使施工方案的更加完善。 　　（三）Zgibee技术 　　ZigBee（也称紫蜂）是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用 IEEE 802.15.4 标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee由Honeywell公司组成的ZigBee Alliance制定，从1998年开始发展，于2001年向电机电子工程师学会（IEEE）提案纳入IEEE 802.15.4标准规范之中，自此将ZigBee技术渐渐成为各业界共同通用的低速短距无线通信技术之一。 　　Zgibee一词源自蜜蜂通过跳Zgibee形舞蹈来通知同伴花粉位置，是一种便捷的沟通方式。人们借用此词来称呼成本不高，制作难度低，速率低且功耗低的近程无线网络通信技术。Zgibee的数据传输模块类似于移动网络的基站，并且进行无线数据传输时，安全系数高。Zgibee技术将无线个人区域网协议标应用于物理层、链路层和MAC层，然后进行拓展和改进的技术。Zgibee通过无线通信技术，将多个独立的工作节点联合起来，组成星状。该系统中绝大部分的节点为子节点，是精简功能设备，在通信上，是一个功能子集。每个节点具有不同的功能，有的节点负责其控制的子节点汇集数据、通信和发布控制，可用作通信路由。Zgibee系统数据传输模块之间可以互相沟通，并从网络节点的标准距离75米进行无限扩展，广泛应用于工业现场的数据传输和进行自动化控制中。 　　隧道工程施工区域较大，需要监测的布控点比较多，花费的时间较多。因此，为了使数据流量降到最低，降低数据传输所用的时间，可采用网状网的拓扑结构，以保证系统稳定运行。应用该系统进行监测的前期，应结合隧道工程的造价情况、实际施工情况对Zgibee系统进行合理设计，科学和选择Zgibee系统硬体配置。为了能够对微小应力变化进行精确感应，应用电阻应变计构成桥式结构的应力传感器，进行应力监控时，放大采集的信号能够有效提高监测效果。进行隧道施工时，对支架、拱顶、围岩等构筑物应力进行时实采集，及时采集应力变化情况，整个过程花费时间较多，而应用Zgibee系统能够提高隧道工程中监测的速度和精确度。 　　二.现代信息技术在隧道工程施工监测中的应用意义 　　隧道工程常在岩土地质环境中进行施工，这一特殊的环境增加了工程施工的不稳定因素，降低了工程施工的安全性。目前，随着科学技术的不断发展，应用现代信息技术对隧道工程施工进行监测，能够有效降低施工的风险系数。应用科学技术，对施工地区的地质条件、施工环境和岩体的真实情况进行监测，可以为设计支护系统提供关键数据。通过这些监测数据，可以为建设单位设计施工方案，提供参考数据。并且，对监测到的危险部位及时进行加固，可以有效的提高施工安全性，提高施工质量，对隧道工程的顺利建设有着重要意义。 　　结束语 　　隧道工程是一项特殊的工程，涉及到的科学领域与技术比一般建设工程要复杂许多。应用现代信息技术对工程施工进行监测，为隧道工程提供了技术支持，对预防安全事故，提高施工质量有着非常重要的作用。 　　参考文献： 　　[1]张秀丽. 地铁隧道施工实时监测系统及应用研究[D].东北大学，2013. 　　[2]汤茂宁. 现代信息技术在隧道工程施工监测中的应用研究[J]. 科学中国人，2014，10：26-27.