專利名稱：基于三維數(shù)字隧道平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于隧道以及地下工程施工領(lǐng)域，用于鐵路客運專線等大斷面隧道施工過程的安全預(yù)警；具體涉及一種基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鐵路、公路隧道以及地下工程施工安全控制始終是個難題。隧道塌方、透水、瓦斯事故等都時有發(fā)生，對施工人員的生命安全構(gòu)成了威脅。因此開發(fā)此類工程施工過程安全的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)具有十分重要的工程意義。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)，能夠?qū)崟r連續(xù)監(jiān)測隧道施工區(qū)間圍巖的穩(wěn)定情況，并將地質(zhì)變化情況實時連續(xù)傳輸?shù)奖O(jiān)測主機(jī)，對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行分級預(yù)警。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計等傳感器；其特征在于還包括依次連接的自動化數(shù)據(jù)采集儀、GPRSGPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、商用衛(wèi)星、通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)及計算機(jī)；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸入端有線連接壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸出端無線連接GPRSGPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，GPRSGPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、商用衛(wèi)星、 通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，計算機(jī)連接有F2003GSMDTU短信模塊， F2003GSMDTU短信模塊與數(shù)個手機(jī)無線信號通訊連接。依據(jù)隧道的具體空間環(huán)境、區(qū)域環(huán)境等現(xiàn)場實際情況，確定壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、 孔隙水壓力計與多點位移計等傳感器的設(shè)置數(shù)量。本實用新型提供了一種將安全預(yù)警與隧道施工過程相結(jié)合的技術(shù)。使施工管理相關(guān)人員根據(jù)預(yù)警信息及時采取預(yù)防措施，提高施工安全性。本實用新型的計算機(jī)建立有“三維數(shù)字隧道”模型，“三維數(shù)字隧道”模型是基于隧道施工區(qū)域地質(zhì)勘察資料以及三維地理信息系統(tǒng)原理，在windows操作平臺下建立施工及影響區(qū)域范圍內(nèi)的地層巖性、斷層分布、滑坡、地下水、有害氣體分布等包含諸多工程地質(zhì)環(huán)境信息的區(qū)域工程環(huán)境體數(shù)據(jù)庫，并基于FLAC3D軟件以及巖土力學(xué)正、反分析理論構(gòu)建的該施工區(qū)域的“三維數(shù)字隧道”模型。本實用新型使用時，在隧道掘進(jìn)中初期支護(hù)下同步安裝靜力水準(zhǔn)儀、壓力盒、孔隙水壓力計、多點位移計等數(shù)據(jù)采集傳感器，采集隧道初始受力、變形空隙水壓力、位移變形等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩粲嬎銠C(jī)，由“三維數(shù)字隧道”模型將得到的實測隧道變形數(shù)據(jù)，進(jìn)行正、反分析，通過三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行展現(xiàn)；并將實測應(yīng)力、變形值與正、反分析得到的應(yīng)力、變形閾值進(jìn)行比較分析后，對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行分級預(yù)警，根據(jù)空隙水壓力實測值并結(jié)合地下水動力學(xué)等水力學(xué)理論對施工區(qū)域突水可能性進(jìn)行預(yù)測，預(yù)警信息通過“三維數(shù)字隧道”模塊和與計算機(jī)連接的短信模塊，以手機(jī)短信方式發(fā)送至現(xiàn)場施工管理相關(guān)人員的手機(jī)，從而完成隧道施工安全預(yù)警。

圖1是某施工區(qū)域“三維數(shù)字隧道”模型可視化界面，圖2是本實用新型通信發(fā)射基站至手機(jī)的關(guān)系示意圖，圖3是隧道內(nèi)傳感器以及自動化數(shù)據(jù)采集儀、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀設(shè)置圖。圖中1 一壓力盒，2—靜力水準(zhǔn)儀，3—孔隙水壓力計，4一多點位移計，5—自動化數(shù)據(jù)采集儀，6—GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，7—通信發(fā)射基站，8—商用衛(wèi)星，9一通信接收基站，10—互聯(lián)網(wǎng)，11 一計算機(jī)，12—F2003GSMDTU短信模塊，13—手機(jī)，14一二襯完畢區(qū)間， 15—一襯區(qū)間，16—掌子面，17—斜井，A—砂質(zhì)黃土 Q3層，B—砂質(zhì)黃土 Q2層，C一砂巖夾礫層。
具體實施方式
如圖2與圖3所示一種基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括壓力盒1、靜力水準(zhǔn)儀2、孔隙水壓力計3與多點位移計4等傳感器；還包括依次連接的自動化數(shù)據(jù)采集儀5、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6、通信發(fā)射基站7、商用衛(wèi)星8、通信接收基站9、 互聯(lián)網(wǎng)10及計算機(jī)11 ；自動化數(shù)據(jù)采集儀5輸入端有線連接壓力盒1、靜力水準(zhǔn)儀2、孔隙水壓力計3與多點位移計4 ；自動化數(shù)據(jù)采集儀5輸出端無線連接GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6， GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6、通信發(fā)射基站7、商用衛(wèi)星8、通信接收基站9、互聯(lián)網(wǎng)10之間依次無線信號通訊連接，計算機(jī)11連接有F2003GSMDTU短信模塊12，F(xiàn)2003GSMDTU短信模塊12 與數(shù)個手機(jī)13無線信號通訊連接。圖3示出壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計等傳感器的設(shè)置分布情況；隧道施工過程中，通常包括二襯完畢區(qū)間14、一襯區(qū)間15與掌子面16，一襯區(qū)間15 也即隧道施工區(qū)間設(shè)有斜井17。在一襯區(qū)間15設(shè)置多個壓力盒1、靜力水準(zhǔn)儀2、孔隙水壓力計3與多點位移計4 等傳感器，斜井17設(shè)置自動化數(shù)據(jù)采集儀5與GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6。計算機(jī)11建立有“三維數(shù)字隧道”模型?！叭S數(shù)字隧道”模型的構(gòu)建方法是基于隧道施工區(qū)域地質(zhì)勘察資料以及三維地理信息系統(tǒng)原理，在windows操作平臺下建立施工及影響區(qū)域范圍內(nèi)的地層巖性、斷層分布、滑坡、地下水、有害氣體分布等包含諸多工程地質(zhì)環(huán)境信息的區(qū)域工程環(huán)境體數(shù)據(jù)，并基于FLAC3D軟件以及巖土力學(xué)正、反分析理論構(gòu)建該施工區(qū)域的“三維數(shù)字隧道”模型。圖1所示是某施工區(qū)域地層的“三維數(shù)字隧道”模型可視化界面，該區(qū)域地層自上而下依次為砂質(zhì)黃土 Q3層A，砂質(zhì)黃土 Q2層B，砂巖夾礫層 C0隧道施工中，根據(jù)圍巖級別選擇適當(dāng)?shù)臄嗝婧统跗谥ёo(hù)下同步安裝靜力水準(zhǔn)儀、壓力盒、孔隙水壓力計、多點位移計等數(shù)據(jù)采集傳感器，采集隧道初始受力、變形空隙水壓力、位移變形等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)通過自動化數(shù)據(jù)采集儀5發(fā)送至 GPRSGPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6，再通過GPRSGPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀6附近通信發(fā)射基站7發(fā)至商用衛(wèi)星8，之后傳輸?shù)狡渌ㄐ沤邮栈?，并進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)10傳輸?shù)接脩粲嬎銠C(jī)11并加載到“三維數(shù)字隧道”模型；“三維數(shù)字隧道”模型將得到的實測隧道變形數(shù)據(jù)，進(jìn)行正、反分析，通過三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行展現(xiàn)；并將實測應(yīng)力、變形值與正、反分析得到的應(yīng)力、變形閾值進(jìn)行比較分析后，對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行分級預(yù)警，根據(jù)空隙水壓力實測值并結(jié)合地下水動力學(xué)等水力學(xué)理論對施工區(qū)域突水可能性進(jìn)行預(yù)測，預(yù)警信息通過和與計算機(jī)連接的F2003GSMDTU短信模塊12，以手機(jī)短信方式發(fā)送至現(xiàn)場施工管理相關(guān)人員的手機(jī)13從而完成隧道施工安全預(yù)警。
權(quán)利要求1. 一種基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計等傳感器；其特征在于還包括依次連接的自動化數(shù)據(jù)采集儀、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、商用衛(wèi)星、通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)及計算機(jī)；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸入端有線連接壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸出端無線連接GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、 商用衛(wèi)星、通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，計算機(jī)連接有F2003GSMDTU 短信模塊，F(xiàn)2003GSMDTU短信模塊與數(shù)個手機(jī)無線信號通訊連接。
專利摘要基于“三維數(shù)字隧道”平臺的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計等傳感器；還包括依次連接的自動化數(shù)據(jù)采集儀、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、商用衛(wèi)星、通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)及計算機(jī)；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸入端有線連接壓力盒、靜力水準(zhǔn)儀、孔隙水壓力計與多點位移計；自動化數(shù)據(jù)采集儀輸出端無線連接靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀、通信發(fā)射基站、商用衛(wèi)星、通信接收基站、互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，計算機(jī)連接有與數(shù)個手機(jī)無線信號通訊的F2003GSMDTU短信模塊。它對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性進(jìn)行分級預(yù)警并將預(yù)警信息以手機(jī)短信方式發(fā)送至施工管理人員手機(jī)，完成隧道施工安全預(yù)警。
文檔編號E21F17/18GK202140118SQ20112026363
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者唐述林 申請人:中鐵二十一局集團(tuán)有限公司