隧洞塌方监测预警是保证安全生产的重要工作之一。由于在隧洞中缺乏固定的参照点，传统的相对位移测量手段在塌方监测预警方面很难奏效。目前大多塌方监测是靠观测隧洞地质压力变化为手段的。这是一种点式监测方法，使用中存在很多缺陷。首先，地下环节复杂多变，需要安装很多的监测点，在每个监测点上固定安装一组传感器和相应数据传递电子设施，随着隧洞的不断延伸，监测点的数据急剧增加，使监测系统变得越来越庞大、复杂。一方面，由于隧洞内粉尘污染严重，湿度大，环境恶略，供电系统、通信系统和传感系统务必做到防尘、防潮、防水和防震，导致生产、安装和维护成本大幅度增加；另一方面，随着监测系统的逐步扩大和复杂化，电子部件的故障率会逐渐增加，系统预警的误报、迟报和漏报数目也会增大，系统的整体性能和可靠性会逐渐降低。

　　这种移动式检测方法的优点是，能够实现全隧洞的无缝安全监测，而且只需极少数的电子监测设备，精度高、速度快，自动化强，易使用、易保养、易维护，监测系统不会因长度增加影响到系统的内部结构及功能，不会出现误测、迟测或漏测。我公司所发明的移动式隧洞塌方监测预警系统属于世界首创，能够彻底避免现有监测设备的弊病。

　　移动式检测设备的工作原理是模仿航空导航设备，使用加速度计和陀螺仪等惯性传感器，通过测量地球引力和角度变化量，测量设备自身与水平面间的夹角——倾斜角。陀螺仪的测量精度十分高，角度测量精度可达0.01°，完全满足50米内0.1毫米的竖向位移测量精度。如此高的测量精度足以为塌方预警提供充足的时间，提高塌方预警的功能和可靠性。惯性传感器可以以100Hz或者更高的速率提供测量数据，如果测量小车以10公里/小时的速度行进的话，测量点的间距只有2.7毫米，达到全线的无缝测量。

　　微型监测轨道结构简单，由一根75x150毫米的T字型铝制或钢制轨道和一组可调整高度的吊钩所组成（见图2）。监测轨道是由不同长短的钢丝和吊钩按5~10米间隔固定在隧洞顶部的。安装轨道时，根据需要确定钢丝的长度，使得钢轨处于平均高度。安装完毕后，需用测量小车对其进行测量，并调整吊钩，对轨道高度进行微调，使其处于很好的平顺状态，再加以固定。精调后的轨道线路应是十分平顺，由直线或圆曲线所组成。在以后的监测过程中，监测设备仅需对轨道的线形进行监测，观测其与直线或圆曲线的偏差大小，就能确定隧洞顶部是否发生形变。一旦隧洞顶部出现局部下沉，监测轨道也会改变形状，使测量小车在通过这区间轨道时的轨迹发生变化，检测结果就能显示出这些形变。线形本身的变化量和变化速度就可以确定是否存在塌方危险（图2）。

　　因为整个监测轨道都是由固件所组成的，受环境影响很小，基本上是免维护的。轨道是悬空的，可以左右晃动，因此受撞击时不易产生形变。轨道线路较长，一旦出现晃动，也不会持续太久。轨道晃动本身对高度所产生的影响不大，不会影响到顶面形状监测。

　　系统的另一部分是测量小车。整个测量系统只需一台测量小车就够了。如果隧洞延长，只需增加监测轨道长度，无需增加测量小车的数目，因此成本增加较少。测量小车是倒挂在轨道上行走的。它由4个承重轮、2个驱动轮、2个支撑轮、车架、刮尘板、电动机、锂电池和惯性测量数据记录单元所组成。电动机能使测量小车沿轨道自由行走（图3）。

　　轨道是T字型的，只有10~15厘米宽，能够停留在轨道上的煤块都比较小。在行进过程中，刮尘板可以自动清理钢轨上的煤块，保证测量小车的正常行驶。钢轨的底部贴有里程标记，以确定小车行驶的位置和距离，同时也为工作人员目测定位提供帮助，不易受到粉尘的遮盖。惯性测量单元自动测量相应的里程和轨道形状，并实时记录数据。

　　数据采集过程结束后，测量小车可从轨道上取下。将测量数据由测量单元导入到计算机中，使用相应的后处理软件进行处理计算。后处理软件可以自动计算相应隧洞顶部的下沉量，并存贮到数据库中进行保存；同时，也可调出数据库中旧的检测数据进行对比，确定线路局部的相对下沉量和下沉速度，必要时报警。

　　图4显示我公司所开发的精密惯导轨道检测系统的后处理软件。此轨道检测系统能够以0.1毫米的检测精度确定高铁轨道的几何不平顺。我们将用同样的技术原理开发移动式隧洞塌方监测预警系统。

　　另外，监测轨道也可以作为独特的运输工具在抢险救灾中发挥作用。比如，在坑道里充满积水、瓦斯、烟雾等环境下，使用无人视频监控设备，寻找失散人员，或作为小型运输工具为受困者运送救急和通讯物品。