[實用新型]隧道初期支護受力穩定性遠程數字安全預警系統

有效

• 申請號: 201220293659.7
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN202756020U
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 唐述林
• 申請（專利權）人: 中鐵二十一局集團有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 劉繼春

技術領域

本實用新型屬于隧道以及地下工程施工領域，用于鐵路客運專線等大斷面隧道施工過程的安全預警；具體涉及一種隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警系統。

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。隧道施工中塌方時有發生，對施工人員的生命安全構成了威脅。因此開發隧道施工過程安全監控預警具有十分重要的工程意義。???????

國內外在隧道施工三維數字安全預警研究方面尚少，截至目前尚未見集隧道開挖三維應力數值模型、智能應力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期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警的文獻報道。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于提供一種隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警系統；使用本實用新型提供的系統，能夠實時連續監測隧道初級支護受力穩定情況，并將圍巖應力變化情況實時連續傳輸到遠程監測主機，對隧道支護結構的受力穩定性進行分級預警。

本實用新型解決上述技術問題所采取的技術方案如下：?一種隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警系統，包括壓力盒，其特征在于：還包括依次連接的自動化數據采集儀、GPRS靜態數據采集儀、通信發射基站、商用衛星、通信接收基站、互聯網及計算機；自動化數據采集儀輸入端有線連接壓力盒；自動化數據采集儀輸出端無線連接GPRS靜態數據采集儀，GPRS靜態數據采集儀、通信發射基站、商用衛星、通信接收基站與互聯網之間依次無線信號通訊連接，互聯網與計算機連接，計算機連接有F2003GSMDTU短信模塊，F2003GSMDTU短信模塊與數個手機無線信號通訊連接。

施工時，依據隧道初級支護結構的具體情況，確定壓力盒的布設位置以及數量。橫斷面布設應該包括隧道拱頂、拱腰和拱腳等關鍵力學點。?

本實用新型提供了一種將基于壓力傳感器的隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警與隧道施工過程相結合的技術方法。使施工管理相關人員根據預警信息及時采取預防措施，提高施工安全性。

附圖說明

圖1是隧道內壓力盒以及自動化數據采集儀、GPRS靜態數據采集儀布置縱斷面圖，

圖2?是隧道內壓力盒、鋼拱架位置關系橫斷面圖，

圖3是本實用新型的結構與數據采集傳輸示意圖。

圖中：?1—壓力盒，2—自動化數據采集儀，3—GPRS靜態數據采集儀，4—一襯區間，5—掌子面，6—鋼拱架，7—隧道圍巖臨空面，8—商用衛星，9—通信發射基站，10—互聯網，11—遠程計算機，12—F2003GSMDTU短信模塊，13—手機，14—通信接受基站。?

具體實施方式

如圖1、圖2與圖3所示：一種隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警系統，包括多個壓力盒1，還包括依次連接的自動化數據采集儀2、GPRS靜態數據采集儀3、通信發射基站9、商用衛星8、通信接收基站14、互聯網10及遠程計算機11；多個壓力盒1連接在一根主連接線上，主連接線與自動化數據采集儀2輸入端相連接；自動化數據采集儀2輸出端無線連接GPRS靜態數據采集儀3，GPRS靜態數據采集儀3、通信發射基站14、商用衛星8、通信接收基站14與互聯網10之間依次無線信號通訊連接，互聯網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，F2003GSMDTU短信模塊12與數個手機13無線信號通訊連接。

隧道施工過程中，通常包括一襯區間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示出作為壓力傳感器的壓力盒1布設情況：在一襯區間4設置多個壓力盒1，一襯區間4還設置有自動化數據采集儀2和GPRS靜態數據采集儀3，沿隧道深度方向，每三至五米在隧道橫斷面布設一組壓力盒1，圖2示出壓力盒1在隧道橫斷面的布設方式，至少要包括隧道拱頂、拱腰和拱腳等關鍵力學點。壓力盒1位于鋼拱架6和隧道圍巖臨空面7之間。

計算機11建立有被研究隧道的隧道開挖三維應力數值模型、智能應力反分析模型以及三維可視化安全預警平臺。三維應力數值模型的建立是基于?FLAC^3D軟件以及隧道圍巖力學特性。智能應力反分析模型基于巖土力學反分析理論以及差異進化算法。三維可視化安全預警平臺基于VTK(Visualization?Toolkit)商業軟件系統。

本實用新型的使用與工作過程大致是：隧道施工中，根據初級支護結構選擇適當的斷面和初期支護同步安裝壓力盒1，采集隧道初始應力的實時監測數據，并將實時監測數據通過自動化數據采集儀2發送至GPRS2靜態數據采集儀2，再通過GPRS靜態數據采集儀3附近通信發射基站9發至商用衛星8，之后傳輸到通信接收基站14，并進入互聯網10傳輸到用戶計算機11，并調用三維應力數值模型、智能應力反分析模型；三維應力數值模型、智能應力反分析模型將得到的實測力學數據，進行正、反分析，通過三維可視化安全預警平臺進行展現；并將實測應力與正、反分析得到的應力閾值進行比較分析后，對隧道支護結構的穩定性進行分級預警，預警信息通過和與計算機11連接的F2003GSMDTU短信模塊12，以手機短信方式發送至現場施工管理以及地面管理相關人員的手機13從而完成隧道初期支護受力穩定性三維遠程數字安全預警。?