自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括位移計(jì)、壓力計(jì)、無(wú)線發(fā)射元件和便攜式預(yù)警設(shè)備；所述無(wú)線發(fā)射元件分別與位移計(jì)和壓力計(jì)電連接，用于發(fā)射采集的壓力信息和位移信息；所述便攜式預(yù)警設(shè)備包括無(wú)線模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，所述無(wú)線模塊與無(wú)線發(fā)射元件通信，用于接收采集的壓力信息和位移信息；所述數(shù)據(jù)分析模塊與無(wú)線模塊通信，用于分析采集的壓力信息和位移信息。
【專利說(shuō)明】
自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道工程是在地下進(jìn)行施工，施工過(guò)程具有極大的未知性和不確定性。因此，隧道施工中，對(duì)隧道圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，是了解隧道變形情況、保障施工人員安全的重要手段。目前，隧道施工中的監(jiān)控量測(cè)，主要采用人工作業(yè)方式，利用水準(zhǔn)儀、全站儀等儀器，定時(shí)定點(diǎn)讀取預(yù)埋測(cè)點(diǎn)的位移計(jì)等數(shù)據(jù)，再進(jìn)行室內(nèi)作業(yè)，繪制隧道變形的圖表，根據(jù)變形、內(nèi)力等監(jiān)測(cè)值，對(duì)隧道安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。這一過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)反映隧道的變形等穩(wěn)定狀態(tài)，而隧道的坍塌破壞可能發(fā)生在較短的時(shí)間內(nèi)，并且人工作業(yè)較多，在惡劣的地下施工環(huán)境中，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤與誤差，可靠性差，難以起到有效的預(yù)警作用。利用無(wú)線發(fā)射元件將位移計(jì)和壓力計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，通過(guò)人員佩戴便攜式預(yù)警設(shè)備，接受無(wú)線測(cè)試元件發(fā)出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在便攜式預(yù)警設(shè)備內(nèi)設(shè)有隧道變形和壓力等預(yù)警值，在接受到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后自動(dòng)判斷預(yù)警等級(jí)，并發(fā)出相應(yīng)的用顏色和文字表示的預(yù)警信息，可起到實(shí)時(shí)、無(wú)線、高效的隧道施工安全預(yù)警效果。
[0003]通過(guò)檢索，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201110208350.3，發(fā)明名稱:基于三維數(shù)字隧道平臺(tái)的隧道施工安全預(yù)警方法與系統(tǒng)，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201210569572.2，發(fā)明名稱:基于連續(xù)波雷達(dá)的隧道圍巖形變量測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法。針對(duì)隧道施工安全預(yù)警問(wèn)題，分別建立了后臺(tái)三維數(shù)字預(yù)警系統(tǒng)和利用連續(xù)波雷達(dá)測(cè)試圍巖變形的預(yù)警系統(tǒng)，上述發(fā)明系統(tǒng)成本較高，并且不能實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道斷面內(nèi)實(shí)時(shí)發(fā)生的險(xiǎn)情，為解決上述問(wèn)題，有必要設(shè)計(jì)一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法，以解決目前監(jiān)測(cè)隧道圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力預(yù)警不及時(shí)、預(yù)警信息可靠性差，以及現(xiàn)有技術(shù)和系統(tǒng)成本高、系統(tǒng)安裝復(fù)雜等問(wèn)題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括位移計(jì)和壓力計(jì)，還包括用于發(fā)送壓力信息、位移信息和定位信息的無(wú)線發(fā)射元件和與無(wú)線發(fā)射元件組成無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的便攜式預(yù)警設(shè)備;所述便攜式預(yù)警設(shè)備包括接收無(wú)線信號(hào)的無(wú)線模塊和分析采集信息的數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括構(gòu)建有限元數(shù)值模型的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件和存儲(chǔ)根據(jù)不同斷面設(shè)置預(yù)警閾值的預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)。所述無(wú)線發(fā)射元件前端與位移計(jì)和壓力計(jì)電連接，后端通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與便攜式預(yù)警設(shè)備無(wú)線連接。
[0006]其中，無(wú)線發(fā)射元件分別與位移計(jì)和壓力計(jì)通訊，用于收集壓力信息和位移信息；
[0007]無(wú)線模塊與無(wú)線發(fā)射元件通訊，用于接收無(wú)線發(fā)射元件通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)射的壓力信息、位移信息和定位信息；
[0008]數(shù)據(jù)分析模塊與無(wú)線模塊通訊，用于分析壓力信息和位移信息得出預(yù)警等級(jí)，分析定位信息得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置。
[0009]進(jìn)一步地，所述便攜式預(yù)警設(shè)備還包括處理器、報(bào)警指示燈、顯示屏和操作按鈕，所述處理器分別與數(shù)據(jù)分析模塊、報(bào)警指示燈、顯示屏和操作按鈕電電連接，用于綜合控制各器件之間的聯(lián)動(dòng);所述報(bào)警指示燈用于根據(jù)分析得到的預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈光和不同頻率的聲音提示;所述顯示屏用于顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)信息;所述操作按鈕用于移動(dòng)顯示屏內(nèi)選項(xiàng)來(lái)選擇相應(yīng)的展示信息。
[0010]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)相互之間有一定距離的監(jiān)測(cè)斷面，在同一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的上拱頂和兩側(cè)拱腳與邊墻相交處分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所述每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)有壓力計(jì)、位移計(jì)和無(wú)線發(fā)射元件。
[0011 ] —種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警方法，所述方法包括如下步驟:
[0012]SI)根據(jù)隧道地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，確定隧道監(jiān)測(cè)斷面的位置；
[0013]S2)在監(jiān)測(cè)斷面上的拱頂、隧道兩側(cè)拱腳與邊墻相交處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；
[0014]S3)根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面的地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，建立有限元數(shù)值模型，將采集數(shù)據(jù)與有限元數(shù)值模型進(jìn)行匹配，確定預(yù)警等級(jí)；
[0015]S4)便攜式預(yù)警設(shè)備根據(jù)預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈和不同頻率的聲音提示，并在顯示屏上顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)等信息。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟S3)前還包括S2.1):將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力計(jì)、位移計(jì)及無(wú)線發(fā)射元件通過(guò)電源集線器接入電源。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟S3)還包括步驟S3.1):有限元數(shù)值模型的建立采用強(qiáng)度折減法，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程繪制折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明在壓力計(jì)和位移計(jì)上接入無(wú)線發(fā)射元件，將壓力計(jì)和位移計(jì)監(jiān)測(cè)的信息通過(guò)無(wú)線發(fā)射元件發(fā)射至巡檢人員攜帶的便攜式預(yù)警設(shè)備上，預(yù)警設(shè)備上設(shè)有數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)有隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程得到折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖，在施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件構(gòu)建有限元數(shù)值模型，通過(guò)將采集的信息與有限元數(shù)值模型進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)設(shè)定的閾值范圍，人員在攜帶便攜式預(yù)警設(shè)備行走過(guò)程中，獲取壓力計(jì)和位移計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)值，轉(zhuǎn)化為預(yù)警等級(jí)，并產(chǎn)生預(yù)警信息和聲光提示;便攜式預(yù)警設(shè)備的無(wú)線模塊與無(wú)線發(fā)射元件形成局域網(wǎng)，可以識(shí)別所接收的信息來(lái)自的位移計(jì)和壓力計(jì)編號(hào)和位置，使人員在巡檢過(guò)程中，能實(shí)時(shí)檢查每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)情況，可起到實(shí)時(shí)、無(wú)線、高效的隧道施工安全預(yù)警效果。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)及方法的一個(gè)實(shí)施例示意圖；[0021 ]圖2是本發(fā)明便攜式預(yù)警設(shè)備的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的折減系數(shù)-位移圖；
[0023]圖4是本發(fā)明拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的折減系數(shù)-壓力圖；
[0024]圖5是本發(fā)明兩側(cè)拱腳與邊墻相交處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的折減系數(shù)-位移圖；
[0025]圖6是本發(fā)明兩側(cè)拱腳與邊墻相交處監(jiān)測(cè)點(diǎn)的折減系數(shù)-壓力圖；
[0026]圖中:1-移計(jì)、2-壓力計(jì)、3-無(wú)線發(fā)射元件和4-便攜式預(yù)警設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028]參見(jiàn)圖1，包括位移計(jì)1、壓力計(jì)2、無(wú)線發(fā)射元件3和便攜式預(yù)警設(shè)備4;位移計(jì)I布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的墻壁內(nèi)，通過(guò)人工在監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻壁鉆孔，將位移計(jì)布置在孔洞內(nèi)，使位移計(jì)的傳感器與孔洞的內(nèi)壁和底部貼合，位移計(jì)采用振弦方式具有自動(dòng)識(shí)別功能，可以自動(dòng)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移信息;壓力計(jì)2布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的墻壁外，與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的墻壁表面貼合，壓力計(jì)2采用鋼弦方式，具有自動(dòng)識(shí)別功能，可以自動(dòng)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力信息;無(wú)線發(fā)射元件3布置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)墻壁外，通過(guò)螺栓固定在位移計(jì)和壓力計(jì)旁邊，通過(guò)信號(hào)線與位移計(jì)和壓力計(jì)電連接，無(wú)線發(fā)射元件是位移計(jì)和壓力計(jì)傳輸信息的中樞，位移計(jì)和壓力計(jì)將監(jiān)測(cè)的位移信息和壓力信息傳送給無(wú)線發(fā)射元件，無(wú)線發(fā)射元件通過(guò)電磁波將位移信息和壓力信息發(fā)射至空中，無(wú)線發(fā)射元件采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信TCP/IP協(xié)議以及無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議;便攜式預(yù)警設(shè)備4包括無(wú)線模塊41和數(shù)據(jù)分析模塊42，無(wú)線模塊同樣遵循TCP/IP協(xié)議以及無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議，無(wú)線模塊通過(guò)事先發(fā)射局域網(wǎng)建立信號(hào)，通過(guò)對(duì)每一個(gè)無(wú)線發(fā)射元件分配IP地址建立無(wú)線局域網(wǎng)，這樣每個(gè)無(wú)線發(fā)射元件發(fā)射出的壓力信息和位移信息都有標(biāo)識(shí)，通過(guò)設(shè)定特定的編號(hào)和位置來(lái)進(jìn)行區(qū)分，無(wú)線模塊可以將對(duì)應(yīng)編號(hào)和位置的位移信息和壓力信息進(jìn)行歸類接收;數(shù)據(jù)分析模塊包括隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件和存儲(chǔ)根據(jù)不同斷面設(shè)置預(yù)警閾值的預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)，隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件構(gòu)建有限元數(shù)值模型，預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)根據(jù)不同斷面設(shè)置預(yù)警閾值，有限元數(shù)值模型采用強(qiáng)度折減法，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程繪制折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖，數(shù)據(jù)分析模塊與無(wú)線模塊通信，將接收的位移信息和壓力信息與有限元數(shù)值模型進(jìn)行對(duì)比，得出預(yù)警等級(jí)。
[0029]參考圖2，便攜式預(yù)警設(shè)備4還包括處理器46、報(bào)警指示燈43、顯示屏44和操作按鈕45，處理器分別與數(shù)據(jù)分析模塊、報(bào)警指示燈、顯示屏和操作按鈕電連接，綜合調(diào)度各器件之間的聯(lián)動(dòng);報(bào)警指示燈根據(jù)分析得到的預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈光和不同頻率的聲音提示，在折減系數(shù)-位移圖、折減系數(shù)-壓力圖上，曲線拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的值為臨界變形值UO和臨界壓力值PO;當(dāng)監(jiān)測(cè)位移值U>3U0/4或監(jiān)測(cè)壓力值P>3P0/4時(shí)，為紅色預(yù)警并發(fā)出短暫且急促的報(bào)警聲；當(dāng)lU0/2<U<3U0/4或1Ρ0/2<Ρ<3Ρ0/4時(shí)，為橙色預(yù)警并發(fā)出間隔均勻的報(bào)警聲；當(dāng)U0/4<U< 1U0/2或P0/4<P< 1P0/2時(shí)，為黃色預(yù)警并發(fā)出間隔較長(zhǎng)的報(bào)警聲；當(dāng)U<U0/4SP<P0/4時(shí)，為綠色預(yù)警并不發(fā)出報(bào)警聲;報(bào)警指示燈采用led技術(shù)，具有亮度高，辨識(shí)度大，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；顯示屏用于顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)等信息，顯示屏同樣采用led技術(shù)，led顯示屏成本低廉、穩(wěn)定性好;操作按鈕45設(shè)有左移、右移、上移、下移、確定、返回和數(shù)字鍵盤等，用于根據(jù)巡檢人員需要移動(dòng)屏幕內(nèi)選項(xiàng)來(lái)選擇相應(yīng)的展示信息。
[0030]在本實(shí)施例中，設(shè)有多個(gè)相互之間有一定距離的監(jiān)測(cè)斷面，在同一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的上拱頂和兩側(cè)拱腳與邊墻相交處分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前，需要判斷監(jiān)測(cè)斷面的距離，檢測(cè)斷面的距離根據(jù)隧道，圍巖的等級(jí)來(lái)設(shè)置不同的長(zhǎng)度，圍巖等級(jí)分為:VI級(jí)、V級(jí)、IV級(jí)、III級(jí)、II級(jí)和I級(jí);對(duì)于V級(jí)和VI級(jí)圍巖，監(jiān)測(cè)斷面間距取5?1m;對(duì)1 V級(jí)圍巖，監(jiān)測(cè)斷面間距取10?20m;對(duì)III級(jí)圍巖，監(jiān)測(cè)斷面間距取20?30m;對(duì)I?II級(jí)圍巖，監(jiān)測(cè)斷面間距取30?50m;每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置I個(gè)壓力計(jì)、I個(gè)位移計(jì)和I個(gè)無(wú)線發(fā)射元件組成。
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置I個(gè)壓力計(jì)、I個(gè)位移計(jì)和2個(gè)無(wú)線發(fā)射元件，I個(gè)壓力計(jì)對(duì)應(yīng)I個(gè)無(wú)線發(fā)射元件，I個(gè)位移計(jì)對(duì)應(yīng)I個(gè)無(wú)線發(fā)射元件，在本實(shí)施例中，由于壓力計(jì)和位移計(jì)各自對(duì)應(yīng)不同的無(wú)線發(fā)射元件，其安裝的位置不會(huì)應(yīng)為需要連接同一個(gè)無(wú)線發(fā)射元件而局限，可以根據(jù)斷面的實(shí)際情況，可以從拱頂至兩側(cè)拱腳與邊墻相交處的180度幅度內(nèi)調(diào)整壓力計(jì)或位移計(jì)的位置。
[0032]參考圖3、圖4、圖5和圖6，在圍巖級(jí)別為V級(jí)，監(jiān)測(cè)斷面距離設(shè)置為5米時(shí)的折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖，在圖中，折減系數(shù)為2時(shí)為拐點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的臨界沉降值為
0.2cm、臨界拱頂壓應(yīng)力值為0.7MPa、臨界邊墻位移為0.8cm、臨界邊墻壓應(yīng)力值為IMPa ；當(dāng)拱頂沉降U<0.05cm時(shí)、壓力P<0.175MPa、邊墻位移U’<0.2cm、邊墻壓力P’<0.25MPa，為綠色預(yù)警并不發(fā)出報(bào)警聲；當(dāng)拱頂沉降0.05cm彡U彡0.lcm、壓力0.175MPa彡P(guān)彡0.35MPa、邊墻位移U’ 0.2cm彡U’彡0.4cm、邊墻壓力P，0.25MPa彡P(guān)’彡0.5MPa時(shí)，為黃色預(yù)警并發(fā)出間隔較長(zhǎng)的報(bào)警聲；當(dāng)拱頂沉降0.lcm<U彡0.15cm、壓力P0.35MPa<P^0.525MPa、邊墻位移U’
0.4cm<U’彡0.6cm、邊墻壓力P，0.5MPa<P，彡0.75MPa時(shí)，為橙色預(yù)警并發(fā)出間隔均勻的報(bào)警聲；當(dāng)拱頂沉降U>0.15cm、壓力P>0.525Mpa、邊墻位移U’ >0.6cm、邊墻壓力P’ >
0.75MPa，為紅色預(yù)警并發(fā)出短暫且急促的報(bào)警聲。
[0033]—種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警方法，包括如下步驟:
[0034]SI)在隧道施工過(guò)程中進(jìn)行勘察，得到隧道地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，收集隧道設(shè)計(jì)資料、施工圖紙和開(kāi)挖方式等，根據(jù)勘察和收集的資料確定隧道監(jiān)測(cè)斷面的位置和監(jiān)測(cè)斷面的距離；
[0035]S2)利用鉆孔工具和登高車在監(jiān)測(cè)斷面上的拱頂和隧道兩側(cè)拱腳與邊墻相交處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括位移計(jì)、壓力計(jì)和無(wú)線發(fā)射元件，將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力計(jì)、位移計(jì)及無(wú)線發(fā)射元件通過(guò)電源集線器接入電源，位移計(jì)用于采集位移信息，壓力計(jì)用于采集壓力信息，無(wú)線發(fā)射元件用于將采集的信息發(fā)射給便攜式預(yù)警設(shè)備；
[0036]S3)根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面的地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，建立有限元數(shù)值模型，有限元數(shù)值模型的建立采用強(qiáng)度折減法，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程繪制折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖，將采集數(shù)據(jù)與有限元數(shù)值模型進(jìn)行匹配，確定預(yù)警等級(jí)。
[0037]S4)便攜式預(yù)警設(shè)備根據(jù)預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈和不同頻率的聲音提示，并在顯示屏上顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)等信息。
[0038]由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明在壓力計(jì)和位移計(jì)上接入無(wú)線發(fā)射元件，將壓力計(jì)和位移計(jì)監(jiān)測(cè)的信息通過(guò)無(wú)線發(fā)射元件發(fā)射至巡檢人員攜帶的便攜式預(yù)警設(shè)備上，預(yù)警設(shè)備上設(shè)有數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)有隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程得到折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖，在施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件構(gòu)建有限元數(shù)值模型，通過(guò)將采集的信息與有限元數(shù)值模型進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)設(shè)定的閾值范圍，人員在攜帶便攜式預(yù)警設(shè)備行走過(guò)程中，獲取壓力計(jì)和位移計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)值，轉(zhuǎn)化為預(yù)警等級(jí)，并產(chǎn)生預(yù)警信息和聲光提示;便攜式預(yù)警設(shè)備的無(wú)線模塊與無(wú)線發(fā)射元件形成局域網(wǎng)，可以識(shí)別所接收的信息來(lái)自的位移計(jì)和壓力計(jì)編號(hào)和位置，使人員在巡檢過(guò)程中，能實(shí)時(shí)檢查每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)情況，可起到實(shí)時(shí)、無(wú)線、高效的隧道施工安全預(yù)警效果。
[0039]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，包括位移計(jì)(I)和壓力計(jì)(2)，其特征在于:還包括用于發(fā)送壓力信息、位移信息和定位信息的無(wú)線發(fā)射元件(3)和與無(wú)線發(fā)射元件(3)組成無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的便攜式預(yù)警設(shè)備(4);所述便攜式預(yù)警設(shè)備(4)包括接收無(wú)線信號(hào)的無(wú)線模塊(41)和分析采集信息的數(shù)據(jù)分析模塊(42)，所述數(shù)據(jù)分析模塊(42)包括構(gòu)建有限元數(shù)值模型的隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)軟件和存儲(chǔ)根據(jù)不同斷面設(shè)置預(yù)警閾值的預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù);所述無(wú)線發(fā)射元件(3)前端與位移計(jì)(I)和壓力計(jì)(2)電連接，后端通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與便攜式預(yù)警設(shè)備(4)無(wú)線連接； 其中，無(wú)線發(fā)射元件(3)分別與位移計(jì)(I)和壓力計(jì)(2)通訊，用于收集壓力信息和位移信息； 無(wú)線模塊(41)與無(wú)線發(fā)射元件(3)通訊，用于接收無(wú)線發(fā)射元件(3)通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)射的壓力信息、位移信息和定位信息； 數(shù)據(jù)分析模塊(42)與無(wú)線模塊(41)通訊，用于分析壓力信息和位移信息得出預(yù)警等級(jí)，分析定位信息得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述便攜式預(yù)警設(shè)備(4)還包括處理器(46)、報(bào)警指示燈(43)、顯示屏(44)和操作按鈕(45)，所述處理器(46)分別與數(shù)據(jù)分析模塊(42)、報(bào)警指示燈(43)、顯示屏(44)和操作按鈕電(45)電連接，用于綜合控制各器件之間的聯(lián)動(dòng);所述報(bào)警指示燈(43)用于根據(jù)分析得到的預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈光和不同頻率的聲音提示;所述顯示屏(44)用于顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)信息;所述操作按鈕(45)用于移動(dòng)顯示屏(44)內(nèi)選項(xiàng)來(lái)選擇相應(yīng)的展示信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)設(shè)有多個(gè)相互之間有一定距離的監(jiān)測(cè)斷面，在同一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的上拱頂和兩側(cè)拱腳與邊墻相交處分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所述每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)有壓力計(jì)(I)、位移計(jì)(2)和無(wú)線發(fā)射元件⑶。4.一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警方法，所述方法包括如下步驟: 51)根據(jù)隧道地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，確定隧道監(jiān)測(cè)斷面的位置； 52)在監(jiān)測(cè)斷面上的拱頂、隧道兩側(cè)拱腳與邊墻相交處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)； 53)根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面的地質(zhì)情況、開(kāi)挖支護(hù)方式和圍巖級(jí)別，建立有限元數(shù)值模型，將采集數(shù)據(jù)與有限元數(shù)值模型進(jìn)行匹配，確定預(yù)警等級(jí)； 54)便攜式預(yù)警設(shè)備根據(jù)預(yù)警等級(jí)閃爍不同顏色的報(bào)警燈和不同頻率的聲音提示，并在顯示屏上顯示壓力計(jì)和位移計(jì)編號(hào)、壓力、位移數(shù)值和預(yù)警等級(jí)等信息。5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警方法，其特征在于:所述步驟S3)前還包括S2.1):將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力計(jì)、位移計(jì)及無(wú)線發(fā)射元件通過(guò)電源集線器接入電源。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自發(fā)射便攜式隧道施工安全預(yù)警方法，其特征在于:所述步驟S3)還包括步驟S3.1):有限元數(shù)值模型的建立采用強(qiáng)度折減法，通過(guò)計(jì)算隧道變形過(guò)程繪制折減系數(shù)-位移圖和折減系數(shù)-壓力圖。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK106050307SQ201610553992
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】丁浩, 李科, 吳夢(mèng)軍, 胡學(xué)兵, 方林, 郭鴻雁, 劉永華, 肖博, 馬非, 葉建虎
【申請(qǐng)人】招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司