基于Web的盾构机盾尾变形远程监测系统.docx
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2022-06-24
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0 引言
近年来，我国对地铁、隧道等基建项目的投入不断增大，对盾构机设备产生了大量需求
［
1-3
］
。然而，
盾构机在地下掘进过程中，盾壳承受了土体压力等载荷，盾尾又是盾壳最薄弱的部分，最容易产生形
变，引发漏浆现象，影响工程施工进程
［
4
］
。因此运用信息手段对盾尾形变状况进行实时监测具有重要
的现实意义。
传统监测系统大多通过本地设备检测盾构机。例如， Wu 等
［
5
］
开发了盾构机刀盘振动监测系统，采集
施工过程中刀盘的振动信息并进行显示。Lan 等
［
6
］
基于涡轮传感器开发了一套盾构机检测系统，能够
在线监测圆盘切割机的运行参数。Tang 等
［
7
］
结合气体检测、气体提取和无线通信技术，提出了隧道
掘进过程中生物气体引发的瓦斯爆炸问题的预防和控制方法。然而，此类监测系统仅供用户在工程现
场进行实地监测，不便于数据存储和转移，灵活性较低。
随着信息技术不断发展，许多学者将互联网技术应用于盾构机监测系统中。例如，孟祥波等
［
8
］
结合软
硬件设备实现了一套基于互联网的盾构机远程监控系统。黄惠群等
［
9
］
提出基于 OPC 接口技术的监测
系统，通过汇总不同品牌和类型的盾构机信息，实现了多台盾构机设备的集群监测。肖敏等
［
10
］
采用
B/S 架构，通过 ASP.NET 技术实现了远程实时动态监控。赵炯等
［
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］
为了解决 B/S 模式负载、网页延
迟 过大 的 问 题 ， 使 用 Redis 技 术 使 系 统 具 有 高 效 的 数 据 处 理 能 力 。 孙 振 川 等
［
12
］
通 过 建 立 行 业
Hadoop 集群生态架构，利用大数据技术解决了传统隧道掘进工程信息化平台兼容性和扩展性较弱的
问题。然而，此类监测系统大多通过盾构机设备接口，利用软件技术将设备数据上传至互联网平台上
实现远程在线监测，仅局限性于只收集盾构机设备的本地信息，无法采集挖掘过程中的结构性形变数
据，并且系统框架构结构复杂、成本较高。
为此，本文以盾构机盾尾变的形变程度为研究对象，针对隧道掘进工程引起的数据传输、数据处理及
数据可视化等难题，结合现场实际监测状况，利用多线程设计、云服务器、 Python 可视化等技术
［
13-
15
］
，基于 B/S 模式搭建了一套盾构机盾尾形变远程监测系统。经过长时期的实验测试和工程检验表明，
系统耦合性低、灵活性强、运行高效、稳定，提供了良好的可视化交互界面，弥补了传统监测界面单
调、异地通讯困难的不足，提升了信息传输速率。
1 系统框架
盾构机盾尾形变远程监测系统根据实际工程需求分为数据采集模块、云计算中心和可视化模块 3 个子
系统，如图 1 所示。具体的，数据采集模块主要由应变传感器、应变采集仪和本地 PC 机构成。其中，
应变传感器用来测量盾尾表面各测点处的应变值；应变采集仪收集各测点的测量数值，然后通过光纤
将数据发送至工程现场 PC 机；本地 PC 机上自主开发的 TCP 通讯程序能够将应变采集数据发送至云
计算中心。云计算中心负责数据的滤波去噪、数值计算和结构存储等数据处理操作。可视化层中的
Web 应用通过数据库接口动态获取实时数据，并可视化实时显示盾尾的形变数据，提供历史查询、
预警等功能。
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