DB42∕T 1604-2020 城市综合管廊结构安全自动监测设计规程(湖北省).pdf
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1、 ICS 91.060 CCS Q 70 DB42 湖北省地方标准 DB42/T 16042020 城市综合管廊结构安全自动监测设计规程 Design specification for structural safety automatic monitoring of urban utility tunnel 2020-12-04 发布 2021-04-04 实施 湖北省住房与城乡建设厅 湖 北 省 市 场 监 督 管 理 局 联 合 发 布 DB42/T 16042020 I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 总体设计 .
2、2 5 监测内容与测点选择 . 4 6 传感器 . 6 7 信号采集与传输模块 . 7 8 数据存储与管理模块 . 9 9 数据分析与安全预警模块 . 10 10 系统集成 . 12 11 系统运行安全 . 13 附录 A(资料性) 传感器的选择 . 15 附录 B(资料性) 常用传感器性能要求 . 23 附录 C(资料性) 采集设备的选择 . 25 附录 D(资料性) 综合管廊结构安全监测管理平台协议示例 . 27 附录 E(资料性) 综合管廊自动化监测日/周/月报表 . 35 附录 F(资料性) 设备状态统计表 . 36 参考文献 . 37 DB42/T 1604-2020 II 前 言
3、本文件按照GB/T 1.1-2020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 本文件遵循 GB 50838-2015的原则制定。由于城市综合管廊是一种浅埋地下的结构物,易受人为环境和自然环境影响,发生不均匀沉降、振动、张裂破坏,导致结构开裂、渗水等。因此管廊结构的自动化监测是管廊结构安全的重要保障。本文件是对城市综合管廊自动化监测设计的基本要求。 本文件由湖北省住房与城乡建设厅提出并归口。 本文件起草单位:中建三局安装工程有限公司、上海同禾工程科技股份有限公司、华中科技大学、同济大学、武汉市政工程设计研究院有限责任公司、湖北省标准化与质量研究院、中建三局工程设计有限公司
4、、中国市政工程西北设计研究院有限公司 本文件主要起草人:李永峰、刘伟、宋爽、王丹生、赵程、彭定新、徐辉、李飞、王孝谦、杨卫星、韩阳昱、黄俊、郭俊、方大为、刘国强、谢东武、刘凡、何皓、陈镜、王琛、秦黎泉、伍荣刚、梁杨、胡祎、赵广振、刘尚书 本文件实施应用中的疑问,可咨询湖北省住房和城乡建设厅,联系电话:027-68873088,邮箱:。对本文件的有关修改意见和建议请反馈至中建三局安装工程有限公司,联系电话:027-87131700,邮箱:。 DB42/T 16042020 1 城市综合管廊结构安全自动监测设计规程 1 范围 本文件规定了城市综合管廊结构安全自动监测设计要求。 本文件适用于湖北省行
5、政区划内的新建、 扩建城市综合管廊本体结构在使用期间的安全监测系统设计。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中, 注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB 837.15 爆炸性气体环境用电设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外) GB 3837.14 爆炸性气体环境用电设备第14部分:危险场所分类 GB 10070 城市区域环境振动标准 GB 10071 城市区域环境振动测量法 GB/T 15969 可编程序控制器 GB/T 17626.2 电磁兼容试验和测
6、量技术静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.5 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验 GB/T 20633 承载印制电路板用涂料(敷形涂料) GB/T 22239 信息系统安全等级保护基本要求 GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范 GB 50168 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB 50169 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB 50174 电子信息机房设计规范 GB 50303 建筑电气工程施工质量验收规范 GB 50838 城市综合管廊工程技术规范 HJ 918 环境振动监测技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 结构安全
7、监测 structural safety monitoring 采用仪器监测方法,长期、连续地采集和收集反映结构本体安全状态、变化特征及其发展趋势的信息,并进行分析、反馈和预警的活动。 3.2 结构安全监测系统 structural safety monitoring system DB42/T 1604-2020 2 是一种由特定硬件和软件组成的能对结构安全进行自动化监测为主的系统。 3.3 变形监测 deformation monitoring 对结构的竖向、倾斜、裂缝、断面收敛等指标变化进行的量测工作。 3.4 应力监测 stress monitoring 对结构的局部应力指标变化进行的
8、量测工作。 3.5 振动监测 vibration monitoring 对结构的突发振动指标变化进行的量测工作。 3.6 模拟信号传感器 analog signal sensor 输出信号为电压、电流、频率等模拟信号的传感器 3.7 数字信号传感器 digital signal sensor 输出信号为数字量或数字编码的传感器。 3.8 预警值 alarming value 为保证运营期内结构安全, 依据本文件规定和设计要求, 对监测项目设定必须发布预警信息的下限值。 3.9 控制值 controlling value 为保证运营期内结构安全, 依据本文件规定和设计要求, 对监测项目设定必须采
9、取维护措施的下限值。 4 总体设计 4.1 一般规定 4.1.1 城市综合管廊结构安全自动监测系统应进行专项设计,据监测项目及现场情况对结构的整体或局部建立监测系统,宜与管廊的施工期监测和运行维护相结合。 4.1.2 城市综合管廊结构安全自动监测系统应有适当的保护措施和可维护性,并能保证系统设计使用寿命。 DB42/T 16042020 3 4.1.3 城市综合管廊结构安全自动监测系统软件应与硬件相匹配,且具有兼容性、可扩展性、易维护性和良好的用户使用性能。 4.1.4 城市综合管廊结构安全自动监测系统的安装方式不得对管廊结构本体造成损害,且不应妨碍管廊正常使用和施工。 4.1.5 城市综合管
10、廊结构安全自动监测系统设计,除应符合本文件的规定外,尚应符合国家现行标准的规定。 4.2 系统组成与架构 4.2.1 城市综合管廊结构安全自动监测系统包含传感器、信号采集与数据传输系统、数据存储与管理系统、数据分析与安全预警系统。 4.2.2 城市综合管廊结构安全自动监测系统各模块应包含表 1 中所列出的部件。 表1 城市综合管廊结构安全自动监测系统的组成部件 名称 组成部件 传感器 应包含传感器硬件、连接管线及配套供电设备 信号采集与数据传输系统 应包含信号采集硬件、网络传输硬件、供电设备及配套软件 数据存储与管理系统 应包含数据存储硬件、远程管理平台软件 数据分析与安全预警系统 主要为具备
11、数据分析和预警功能的软件平台 4.2.3 城市综合管廊结构安全自动监测系统架构宜按图 1 中所列架构设置。 DB42/T 1604-2020 4 信号采集硬件供电设备数据采集软件控制网络传输硬件数据存储硬件远程管理平台数据传输数据分析安全预警数据分析传感器信号采集与数据传输系统数据存储与管理系统数据分析与安全预警系统传感器硬件连接管线 图1 城市综合管廊监测系统构架图 5 监测内容与测点选择 5.1 一般规定 5.1.1 城市综合管廊结构安全自动监测在采用自动化监测系统的基础上,宜与现场巡查、视频监控等方法相结合。 5.1.2 监测内容及测点布置应根据具体项目需求和实际运用环境确定。 5.1.
12、3 监测的方式宜采用连续监测,不具备自动连续监测的条件时,监测频率宜不低于 2 次/天,当监测数据异常时应增大监测频率。 5.2 监测内容 5.2.1 城市综合管廊结构安全自动监测内容应包括变形、应力、 振动监测,可根据结构特点和管廊运营需求增设其他监测内容。 5.2.2 常规监测内容可按表 2 执行,其限值由设计单位根据结构计算确定。 DB42/T 16042020 5 表2 城市综合管廊结构安全常规监测内容 变形监测 应力监测 振动监测 环境 沉降 倾斜 裂缝 水平位移 变形缝形变 断面收敛 应力 振动 温、湿度 注1:为必测项,为选测项; 注2:温湿度监测可采用已有的其他温湿度监测数据。
13、 5.3 监测方法 5.3.1 城市综合管廊监测方法应结合工程结构特点、现场安装环境条件等因素综合确定,监测方法应具备先进性、适用性、可靠性、及时性、经济性。 5.3.2 沉降监测方法可采用连通管测量、几何水准测量、电子测距三角高程测量等方法,对应监测设备详见附录 A。 5.3.3 倾斜监测可通过测量相互垂直的两个方向上的倾斜分量来获得城市综合管廊结构倾斜累计值和倾斜速率。 5.3.4 裂缝和变形缝监测方法可通过接触式或非接触式设备获得裂缝监测数据。 5.3.5 应力应变监测可通过安装在结构内部或表面的应变计或其他传感器进行监测,试验和临时监测宜采用外贴方式,长期监测宜采用内埋式。 5.3.6
14、 断面收敛监测应根据断面净空情况布置测点,宜采用非接触测量方法。 5.3.7 振动监测方法应根据 GB 10070、GB 10071 和 HJ 918 执行。 5.4 监测测点布置 5.4.1 监测点的布置要求应在 GB 50838 的基础上遵循下列原则: a) 在管廊结构沿线间隔布置监测点,且受力最不利处或已损伤处必须布置; b) 应充分考虑地质条件和环境条件; c) 便于传感器的安装、维护和更换; d) 尽量减少信号的干扰和衰减; e) 关键区域合理增加传感器数量; f) 超过 2 个舱室的管廊宜在两侧舱室独立布置沉降和倾斜监测测线; g) 测点布置详图参照附录 A 的管廊测点布设图。 5
15、.4.2 沉降和倾斜监测测点应符合以下规定: a) 至少选择一个管廊舱室进行连续沉降和倾斜监测; b) 沉降和倾斜监测测点的纵向间距宜不大于 30m,但在以下特殊位置应专门布设测点:沉降和倾斜监测点纵向分布位置应选择在起点处、断面变化处、水文地质条件变化处、线路交叉处、曲线段的中点处、终点处和沉降量可能变形较大处; c) 沉降和倾角监测点在结构横断面上宜选择在结构顶板或侧壁位置进行布置; d) 对具有一定高差变化或曲率变化的城市综合管廊, 沉降测点布置时应满足转点布置和传感器量程要求; e) 每组监测在一个典型结构单元段首、末端应布设不少于 2 个监测点; f) 断面宽度尺寸大于 10m 的管
16、廊结构应增设一条沉降测线进行横向差异沉降监测; g) 沉降监测基准点应布设在结构中相对稳定区域, 且每 6 个月内应至少进行一次基准点高程人工复核。 DB42/T 1604-2020 6 5.4.3 沉降监测基准点应布设在结构中相对稳定区域,且每 6 个月内应至少进行一次基准点高程人工复核。裂缝监测测点应符合以下规定: a) 裂缝监测应横跨裂缝布设,布设前应采集裂缝的长度、宽度和深度是否为贯穿裂缝的信息,并作为基础信息保存; b) 裂缝监测宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布置,重点应监测裂缝的宽度变化情况,每组应布设 2 个监测点,并应分别布设在裂缝两侧,且其连线应垂直于裂缝走向; c) 潜
17、在裂缝的监测点宜选择在断面变化较大处、跨度较大构件跨中部位、荷载突变处、下穿主干道处、变形可能较大处等位置; d) 当选取关键横断面进行裂缝监测时,应在舱室顶板、承重侧壁上至少布置 1 个裂缝测点; e) 当裂缝宽度达到报警值后,宜对裂缝深度、宽度进行检测。 5.4.4 变形缝监测测点应选取关键断面进行监测,在舱室顶板、承重侧壁上布设,每组应对称布设至少 3 个监测点,测项包含差异沉降与伸缩变形,纵向间距不宜大于 100m。 5.4.5 应力监测测点应符合以下规定: a) 监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定,宜与变形监测区域一致,纵向间距不宜大于 30m; b)
18、 监测横断面上的监测点应选择各边中间部位、接缝部位、地面荷载较大和变形较大部位、受力条件复杂部位等位置,每边至少布置 1 个应力应变监测点。 5.4.6 断面收敛监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定,纵向间距不宜大于 30m,监测点沿横断面宜布置在断面宽度较大位置。 5.4.7 振动监测测点应符合以下规定: a) 振动测点宜布设在结构主要振型振幅较大部位,并避开节点位置,且相邻测点间距不宜大于200m; b) 当外部环境增加新的震源时,应在对应管廊位置新增振动监测测点。 6 传感器 6.1 一般规定 6.1.1 传感器宜选用国际通用数字信号传感器。 6.1.2 传
19、感器应满足各项指标参数的技术需求,包括测量精度、量程、供电方式、输出方式、频率、响应范围、防护等级、抗干扰性能等。 6.1.3 传感器应能在复杂环境条件下正常工作,元器件和防护配件应具有高防护性、高稳定性、高耐久性和高集成度,传感器外壳的防护等级应不小于 IP65。 6.1.4 传感器设置应充分考虑管廊结构形式及内部管线布置,做到安装便捷、稳定。 6.1.5 传感器安装完成后应立即对其进行初始状态设置或归零处理。 6.1.6 传感器的安装可参考附录 A 的传感器安装图。 6.2 传感器选择 6.2.1 传感器的选型应符合下列规定: a) 应根据具体的项目要求和实际应用条件选择合理的传感器类型;
20、 b) 传感器应具有良好的稳定性和抗干扰能力; c) 宜选择具有温度补偿功能的传感器; d) 应根据传感器性能及现场条件等因素选择传感器合理安装方式; DB42/T 16042020 7 e) 应根据传感器类型,选择操作方便、耐久性好且精度合适的信号采集及信号通讯系统,保证监测结果的可信度,宜优先选用技术先进、微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化的传感器元件; f) 宜采用数字信号传感器,如采用模拟信号传感器,应先将模拟信号转换为数字信号,通过总线传输,避免信号干扰对数据质量的影响。 6.2.2 常用传感器的选型可参照表规定,使用注意事项宜按本文件附录 A 的规定进行。 表3 推荐
21、传感器选型 监测内容 推荐传感器类型 沉降 静力水准传感器、压差式沉降传感器 倾斜 倾角传感器 裂缝、变形缝 裂缝传感器、位移传感器 应力 应变传感器、混凝土应变传感器、钢筋应力传感器 断面收敛 红外激光测距传感器 振动 加速度传感器 6.3 传感器性能 6.3.1 传感器的性能参数应符合下列要求: a) 传感器工作状态点宜在满量程的 20%80%内,且最大工作状态点不应超过满量程; b) 应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率; c) 传感器应具有良好而稳定的线性度; d) 传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比; e) 传感器应具有良好而稳定的分辨率,且不应低于所需监测参数的最小单位
22、量级; f) 传感器应具有良好而稳定的重复性; g) 传感器测量值应具备较小的时漂和温漂。 6.3.2 传感器除应符合第 6.3.1 条的性能参数要求外,尚应符合下列规定: a) 不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求确定; b) 传感器应满足结构实际使用环境的要求; c) 结构安全监测系统的设计年限应根据监测需要确定; d) 传感器使用前应进行必要的标定、校准或自校; e) 传感器应满足防护要求。 6.3.3 常用传感器的性能参数详见本文件附录 B。 6.4 供电要求 6.4.1 传感器应具备稳定的直流供电,系统应配备备用电源,保证传感器断电后工作时间不少于 12小时。 6.4.2
23、 传感器的输入电压应兼容直流 12V 与 24V, 具备宽压工作功能, 单个传感器功率不宜大于 1.5W,保证传感器采集总线的线压降可控,可进行长距离传输。 7 信号采集与传输模块 7.1 一般规定 DB42/T 1604-2020 8 7.1.1 信号采集与传输模块是一种对传感器数据进行采集和传输到管理平台的模块,包含信号采集及传输硬件和数据传输网络。 7.1.2 信号采集及传输硬件应满足传感器的监测要求,还应具有可靠性高、抗干扰能力强、采样率高、功耗低等特点。 7.1.3 数据传输网络应选用覆盖范围广、传输稳定性强、传输速度快的网络。 7.2 信号采集 7.2.1 信号采集方式应根据综合管
24、廊的结构形式、传感器的类型、数量及布置方式等进行设计,并应满足下列要求: a) 传感器相距较远且较分散,宜选用分布式信号采集方式; b) 传感器相距较近且分布较集中,宜选用集中式信号采集方式; c) 信号采集模块应安装进专用的防护箱。 7.2.2 信号采集硬件应根据传感器种类、数量、信号特征、采样频率、数据吞吐量及对信号的预处理要求等进行选择,并应符合下列原则: a) 应遵循标准协议和标准接口,便于数据传输和存储; b) 应具备实时采集、本地存储、自动传输等功能,应保证现场数据的真实性、有效性和实时性; c) 应满足复杂环境下工作需求,具有防护功能,且应易于更换,更换时不影响软件的使用。 7.
25、2.3 信号采集硬件除符合 7.2.2 条规定外,还应符合下列规定: a) 数字信号传感器宜选用分布式信号采集硬件,并确定传输距离、传输带宽和速率; b) 模拟信号宜选用 4mA20mA 和 0V10V 等标准工业信号, 可选用集中式信号采集硬件, 并确定输入范围、分辨率、精度、传输带宽和速率; c) 信号采集模数转换分辨率应满足传感器分辨率和监测要求,不宜低于 16 位; d) 模拟信号应进行光电隔离,以增强抗干扰能力。 7.2.4 信号采集软件设计应符合下列规定: a) 应实现数据实时采集、自动存储、缓存管理、即时反馈和自动传输等功能; b) 应与数据库系统和数据分析软件稳定、可靠地通信,
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