管廊健康监测扰度沉降工程监测系统静力水准仪位移监测设备

【结构健康监测案例】地下电力综合管廊安全监测控制系统

一、 项目概况

位于杭州市望江路的过江隧道开挖路段，有220KV和110KV两条高压电力管廊穿过，需要架空保护。该电力管廊为水泥片石构筑，结构脆弱，难以承受较大的挠度变形。

隧道明挖段下穿的220KV电力管廊结构极为脆弱。托举用的钢便桥挠度无法满足电力管廊的变形要求，故采用物联监测预警及控制技术对钢桥变形做实时监测及液压千斤顶进行挠度的实时反向补偿。该系统采用多传感器数据融合采集，云计算及边缘计算控制技术，实现数据采集传输、云计算、预警及液压控制的完整功能。把土建结构的变形和物联网反向补偿技术相结合，实现变形主动干预控制。系统于2018年8月建成并进入无人值守自动运行，保护电力管廊的正常运行，直至隧道顶部实现回填后拆除。

一、 项目亮点

系统采用了动力水准仪、边缘计算技术及液压千金顶集群动态控制技术，实现了在大型施工机械振动干扰，千斤顶动态顶升过程中的动挠度的实时监测及挠度反馈闭环控制功能。让电力管廊的挠度在施工过程中，始终保持在±1mm以内。避免频繁的停工整改。

该技术已经申请了专利《一种基于物联网的结构位移实时监测及自适应补偿系统》，专利号：CN202010217470.9。

二、 常规保护方案的不足

常规的保护方案是在电力管廊两侧安装贝雷架组成的钢便桥。从管廊底部穿过工字钢架在钢便桥的梁上，托起电力管廊。当贝雷架受力时，将产生一定的挠度。在安全范围内的正常挠度变形对钢便桥是安全的。但由片石砌筑的电力管廊来说，此挠度可能带来结构的碎裂解体，导致管廊内的高压电缆爆炸等事故。因此对贝雷架过大的挠度进行反向补偿，电力管廊的挠度变形在容许范围内。

四、 监测控制系统介绍

本监测项项目不仅需要对两跳220KV的高压电力管廊进行实时在线监测，还需要对电力管廊进行联动顶升补偿。一旦监测数据出现误差时，极有可能导致补偿系统补偿不足或者过度补偿的情况。

电力管廊实时监测预警及联动补偿系统由前端监测传感器、控制执行设备、智能物联网网关、远程传输、物联监测云平台和后端软件组成。

4.1 系统主要功能

实时监测：对钢桥的挠度、偏转稳定度进行实时监测；

异常预警：当数据异常时，系统自动发送短信和叠加了数据的现场照片到手机上，对相关负责

人员进行分级预警，便于紧急时人工干预，控制事态；

联动顶升：通过液压千斤顶群组对挠度进行实时反向补偿，电力管廊的下沉变形量始终在

允许的安全范围之内；

无人值守：整个系统采用无人值守自动运行的方式工作，避免人员疲倦麻痹带来的疏忽；       

自动生成报表：在整个监测周期内，每个监测点的数据和每个千斤顶的顶升数据自动上传物联监测云平台，经过服务器对数据进行分析整理，分别以日、周、月为单位自动生成报表对测点的数据进行整理报表。

4.2 系统特点

☑ 数据的采集和使用实现了全自动闭环，系统自动干预控制现场

☑ 新型传感器具备采集数据和控制功能，可控制设备做紧急干预

☑ 开放式对接各种传感器，传感器驱动程序可云端下载到网关

☑ 分级预警，低人工干预，使用简单、安全可靠

4.3 系统结构

在钢桥的关键位置上部安装固定千斤顶的支座，千斤顶上部顶起工字钢做的上横梁。上横梁通过拉杆连接到下穿电力管廊的下横梁工字钢上。电力管廊的重力通过下横梁工字钢– 拉杆-上横梁工字钢-千斤顶—钢桥—桥墩进行传递支撑。

4.4 监测测点布设

图4.4.1（监测测点前视图）

图4.4.2（监测测点俯视图）

4.5 设备选型

本项目中主要用到动力水准仪、振弦式应变计、倾角传感器、荷载传感器、拉线位移传感器、加速度传感器、图像采集器、智能物联网网关、电磁阀、油泵、千斤顶、工字钢等辅材、安锐测控云平台等。

一、 项目实施难点

1、电力管廊底部与托举工字钢的接触面有片石存在，并不平整，类似肩挑扁担的受力形式。增加了算法计算的难度。

2、整个系统是非静定的弹性系统，对位移补偿算法及实时边缘计算能力提出了较高要求。

3、系统是多支撑的结构，一个千斤顶的顶升会影响到整个系统的变形，需要实时计算并动态控制其他千斤顶的顶升。

4、中部支撑的格构柱在施工阶段由于基坑底部隆起会导致向上的抬升，需要算法进行判断。

二、 使用效果

系统经过长达4个月的施工阶段使用，正常稳定进行。期间千斤顶的顶升行程大达到了300mm，电力管廊的挠度变化值稳定在5mm内。期间经历了开完阶段的挠度下沉，基坑开挖后中部格构柱的基地隆起带来的上挠度。系统均全自动调整千斤顶的顶升行程自动进行补偿。

运行期间发生工地用电跳闸等现象，系统自动启动备用电源的同时通过短信、APP等分级向相关人员报警，及时的处理了跳闸，系统电源的正常。