專利名稱：隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于隧道以及地下工程施工領域，用于隧道初級支護穩(wěn)定性安全預警；具體涉及隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)。
背景技術：
鐵路、公路隧道以及地下工程施工安全控制始終是個難題。隧道施工中初級支護變形破壞時有發(fā)生，對施工人員的生命安全構(gòu)成威脅。因此開展隧道初級支護穩(wěn)定性安全預警方面的技術研究具有十分重要的工程意義。國內(nèi)外在隧道初級支護體變形穩(wěn)定性安全預警研究方面尚少，截至目前，尚未見集隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型、智能位移反分析模型以及三維可視化安全預警平臺于一體的隧道初級支護體變形穩(wěn)定性三維數(shù)字安全預警方面的文獻報道。申請?zhí)枮?01220438699. 6的中國實用新型專利申請，請求保護的是隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程三維數(shù)字預警系統(tǒng)，未涉及將初級支護體變形穩(wěn)定性預警信息傳到施工現(xiàn)場進行報警。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題在于提供一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)；它能夠?qū)崟r連續(xù)監(jiān)測隧道初級支護穩(wěn)定性，將隧道初級支護體變形數(shù)據(jù)實時連續(xù)傳輸?shù)竭h程監(jiān)測主機，遠程監(jiān)測主機根據(jù)逐級變形數(shù)據(jù)，完成對隧道初級支護結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定性的分級預警；預警信息不僅傳輸給相關管理人員的手機，還能發(fā)送到施工現(xiàn)場進行聲光報警。本實用新型解決上述技術問題所采取的技術方案如下一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)，包括全斷面激光掃描儀，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)及遠程計算機；自動化數(shù)據(jù)采集儀一端無線連接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、通信接收基站與互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，互聯(lián)網(wǎng)與遠程計算機連接，遠程計算機連接有F2003GSMDTU短信模塊，F(xiàn)2003GSMDTU短信模塊與數(shù)個手機無線信號通訊連接；其特征在于還包括聲光報警器，聲光報警器一端與全斷面激光掃描儀有線連接，另一端與自動化數(shù)據(jù)采集儀有線連接。施工時，依據(jù)隧道施工現(xiàn)場情況，在相對穩(wěn)定的位置布設全斷面激光掃描儀。本實用新型提供了一種將基于全斷面激光掃描儀的隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程三維數(shù)字預警與隧道施工過程相結(jié)合的技術。本實用新型基于隧道施工區(qū)域地質(zhì)勘察資料與FLAC3d技術建立施工區(qū)域隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型；并基于差異進化法建立智能位移反分析模型以及基于VTK商業(yè)軟件系統(tǒng)建立三維可視化安全預警平臺；由設置在二襯區(qū)間的全斷面激光掃描儀采集隧道支護體變形實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程用戶計算機，由安裝在遠程用戶計算機的隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型、智能位移反分析模型將得到的實測位移數(shù)據(jù)，進行差異進化法位移正、反分析，通過可視化安全預警平臺進行展現(xiàn)；并將實測位移值與正、反分析得到的初級支護體變形閾值進行比較分析后，對隧道支護結(jié)構(gòu)的變形穩(wěn)定性進行分級預警，預警信息通過與計算機連接的短信模塊，以手機短信方式發(fā)送至現(xiàn)場施工與地面管理相關人員的手機，完成隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程三維數(shù)字預警，使施工管理相關人員根據(jù)預警信息及時采取預防措施；同時，預警信息還通過預警平臺回傳到安裝在施工現(xiàn)場作業(yè)面的聲光報警器進行聲、光報警，使施工現(xiàn)場的作業(yè)人員及時采取相關措施；進一步提高施工安全性。

圖1是隧道內(nèi)全斷面激光掃描儀、聲光報警器以及自動化數(shù)據(jù)采集儀、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀布置縱斷面圖，圖2是隧道內(nèi)全斷面激光掃描儀與聲光報警器布置橫斷面圖，圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集傳輸與數(shù)據(jù)回傳的示意圖。圖中I一全斷面激光掃描儀，2-自動化數(shù)據(jù)采集儀，3 — GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，4一二襯區(qū)間，5—掌子面，6—鋼拱架，7—隧道圍巖臨空面，8—商用衛(wèi)星，9一通信發(fā)射基站，10—互聯(lián)網(wǎng)，11一遠程計算機，12一F2003GSMDTU短彳目|旲塊，13一手機，14一通彳目接受基站，15—聲光報警器。
具體實施方式
如圖3所示一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)，包括全斷面激光掃描儀1，依次連接的自動化數(shù)據(jù)采集儀2、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3、通信發(fā)射基站9、商用衛(wèi)星8、通信接收基站14、互聯(lián)網(wǎng)10及遠程計算機11 ;還包括聲光報警器15，全斷面激光掃描儀I與聲光報警器15有線連接，聲光報警器15另一端與自動化數(shù)據(jù)采集儀2有線連接，自動化數(shù)據(jù)采集儀2另一端無線連接GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3，GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3、通信發(fā)射基站14、商用衛(wèi)星8、通信接收基站14與互聯(lián)網(wǎng)10之間依次無線信號通訊連接，互聯(lián)網(wǎng)10與遠程計算機11連接，遠程計算機11連接有F2003GSMDTU短信模塊12，F(xiàn)2003GSMDTU短信模塊12與數(shù)個手機13無線信號通訊連接。聲光報警器15采用ADS-R3串口塔式LED聲光報警器，由深圳市艾德斯科技有限公司提供。隧道施工過程中，通常包括二襯區(qū)間4與掌子面5，隧道圍巖臨空面7的下面設置鋼拱架6。圖1與圖2分別示出全斷面激光掃描儀I在隧道深度區(qū)間與隧道橫斷面的布設方式；在隧道二襯區(qū)間4設置全斷面激光掃描儀1，隧道二襯區(qū)間4還設置有聲光報警器15、自動化數(shù)據(jù)采集儀2和GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3。遠程計算機11建立有隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型、智能位移反分析模型以及三維可視化安全預警平臺。三維應變數(shù)值模型的建立是基于FLAC3d軟件以及隧道圍巖應變參數(shù)；智能位移反分析模型基于差異進化算法；三維可視化安全預警平臺基于VTK(Visualization Toolkit)商業(yè)軟件系統(tǒng)。本實用新型的實施方法如下選擇一隧道作為隧道施工三維數(shù)字安全預警系統(tǒng)實施的對象；收集該隧道施工區(qū)域圍巖工程地質(zhì)勘察資料，室內(nèi)、外測試數(shù)據(jù)，收集隧道設計參數(shù)信息資料；將前述所得地質(zhì)勘察資料、測試數(shù)據(jù)以及隧道設計參數(shù)信息資料為依據(jù)，建立預警系統(tǒng)實施對象區(qū)域的隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型；三維應變數(shù)值模型的建立是基于FLAC3d軟件以及隧道圍巖壓縮模量、泊松比、彈性模量以及隧道支護體相關力學參數(shù)等參數(shù)；建立隧道初級支護體智能位移反分析模型以及三維可視化安全預警平臺；智能位移反分析模型基于差異進化算法；可視化安全預警平臺基于VTK(Visualization Toolkit)商業(yè)軟件系統(tǒng)；隧道施工中，根據(jù)初級支護結(jié)構(gòu)選擇適當?shù)臄嗝婧统跗谥ёo同步安裝全斷面激光掃描儀1，聲光報警器15、自動化數(shù)據(jù)采集儀2與GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3，全斷面激光掃描儀I采集隧道支護體變形實時監(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2發(fā)送至GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3，再通過GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3附近通信發(fā)射基站9發(fā)至商用衛(wèi)星8，之后傳輸?shù)狡渌ㄐ沤邮栈?4，并進入互聯(lián)網(wǎng)10傳輸?shù)接脩粲嬎銠C11調(diào)用隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型、隧道初級支護體智能位移反分析模型；由隧道開挖支護體三維應變數(shù)值模型、智能位移反分析模型將得到的實測變形數(shù)據(jù)，進行正、反分析，通過三維可視化安全預警平臺進行展現(xiàn)；并將實測位移值與正、反分析得到的初級支護體變形閾值進行比較分析后，對隧道支護結(jié)構(gòu)的變形穩(wěn)定性進行分級預警，預警信息通過和與計算機11連接的F2003GSMDTU短信模塊12，以手機短信方式發(fā)送至現(xiàn)場施工管理與地面管理相關人員的手機13，完成隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程三維數(shù)字預警；同時，預警信息通過三維可視化安全預警平臺經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)10、通信接受基站14、商用衛(wèi)星8、通信發(fā)射基站9、GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3及自動化數(shù)據(jù)采集儀2回傳到安裝在隧道作業(yè)面的聲光報警器15進行聲、光報警，聲光報警器15的綠色、黃色以及紅色燈光分別進行三級、二級以及一級報警。
權利要求1.一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)，包括全斷面激光掃描儀，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)及遠程計算機；自動化數(shù)據(jù)采集儀一端無線連接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、通信接收基站與互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，互聯(lián)網(wǎng)與遠程計算機連接，遠程計算機連接有F2003GSMDTU短信模塊， F2003GSMDTU短信模塊與數(shù)個手機無線信號通訊連接；其特征在于還包括聲光報警器，聲光報警器一端與全斷面激光掃描儀有線連接，另一端與自動化數(shù)據(jù)采集儀有線連接。
2.如權利要求1所述的一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)，其特征在于全斷面激光掃描儀設置在隧道二襯區(qū)間相對穩(wěn)定位置；聲光報警器、自動化數(shù)據(jù)采集儀和GPRS靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀設置在隧道二襯區(qū)間。
專利摘要一種隧道初級支護體變形穩(wěn)定性遠程與現(xiàn)場三維數(shù)字預警系統(tǒng)，包括全斷面激光掃描儀，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)及遠程計算機；自動化數(shù)據(jù)采集儀一端無線連接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、通信接收基站與互聯(lián)網(wǎng)之間依次無線信號通訊連接，互聯(lián)網(wǎng)與遠程計算機連接；還包括聲光報警器，聲光報警器一端與全斷面激光掃描儀有線連接，另一端與自動化數(shù)據(jù)采集儀有線連接。全斷面激光掃描儀采集隧道支護體變形實時數(shù)據(jù)，傳輸?shù)竭h程計算機分析后送至相關人員手機；同時，預警信息還回傳到安裝在施工現(xiàn)場作業(yè)面的聲光報警器進行聲、光報警。
文檔編號E21F17/18GK202883020SQ20122059641
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權日2012年11月13日
發(fā)明者唐述林 申請人:中鐵二十一局集團有限公司