CN104948232A - 一种隧道施工塌方预警方法及预警系统 - Google Patents

一种隧道施工塌方预警方法及预警系统 Download PDF

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刘庆元
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Abstract

一种隧道施工塌方预警方法及预警系统，预警系统包括：多个固定板，其沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道的隧道内壁上；多个岩土变形感知传感器，所述岩土变形感知传感器固定在所述固定板上，用以检测隧道的状态信息；至少一数据处理终端，用以接收所述多个岩土变形感知传感器发出的隧道的状态信息，并与报警条件比较，判断是否报警。本发明通过岩土变形感知传感器配合固定板来检测隧道内壁的状态信息，由于当塌方发生前会导致隧道内壁发生形变从而引起岩土变形感知传感器测量的状态信息的变化，因此当岩土变形感知传感器检测的状态信息发生变化时，既可根据信息的变化做出塌方的预警，发出报警避免财产损失和工作人员的人身伤亡。

Description

一种隧道施工塌方预警方法及预警系统
技术领域
本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种隧道施工塌方预警方法及预警系统。
背景技术
在很多道路工程中，都需要挖掘隧道，隧道在挖掘的过程极易发生塌方事故。现有技术中，通过在隧道的隧道内壁上浇注混凝土的方式来避免塌方，请参阅图1和图2，隧道的加固措施总共有三层，第一层是第一层混凝土8，第二层是钢架6，第三层是第二层混凝土7，三层都浇注完成的区域是安全区，但是在刚刚进行挖掘的位置处是无法立即完成混凝土浇注的，这段位置就是塌方发生的高危区，并且在高危区和安全区之间会有一段区域仅仅只浇注了第一层混凝土8和钢架6并没有浇注第二层混凝土7，这一段区域依然有发生塌方的危险，这一段区域为危险区，危险区和高危区一旦发生塌方而没有预警的话，极易造成人员伤亡和财产损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种隧道施工塌方预警方法及预警系统，以实现塌方的预警。
为解决上述技术问题，本发明提出一种隧道施工塌方预警系统，包括：多个固定板，其沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道的隧道内壁上；多个岩土变形感知传感器，所述岩土变形感知传感器固定在所述固定板上，用以检测隧道的状态信息；至少一数据处理终端，用以接收所述多个岩土变形感知传感器发出的隧道的状态信息，并与报警条件比较，判断是否报警。
优选地，数据处理终端包括：信息处理单元，用以接收所述多个岩土变形感知传感器发出的隧道的状态信息，并判断是否满足预设条件，若满足，发送报警指令；至少一个报警终端，当接收所述信息处理单元发出的报警指令时，发出报警。
优选地，信息处理单元和所述报警终端一体封装。
优选地，信息处理单元与所述报警终端分别封装，所述信息处理单元与所述报警终端通过无线通讯方式连接。
优选地，报警终端为佩戴式报警终端，数量为多个，以供多名隧道施工人员佩戴。
优选地，固定板包括互相交叉连接的横向子板和纵向子板，所述岩土变形感知传感器固定在所述横向子板和/或纵向子板上。
优选地，岩土变形感知传感器包括：倾角传感芯片，用以产生倾斜数据的模拟信号；信号转换模块，连接所述倾角传感芯片，用以将所述倾角传感芯片的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号；处理器，所述处理器连接所述信号转换模块，用以接收处理所述信号转换模块转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理；数据传输模块，所述数据传输模块连接所述处理器，用以从处理器中接收处理过的数字信号并将所述数字信号传输给外界。
优选地，岩土变形感知传感器还包括：电池，用以给所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器和数据传输模块提供电力。
优选地，岩土变形感知传感器与所述数据处理终端有线通讯方式或无线通讯方式连接。
优选地，所述隧道施工塌方预警系统还包括远程监控平台，所述远程监控平台接收所述至少一数据处理终端的隧道的状态信息和/或报警信息。
本发明还提供一种隧道施工塌方预警方法，包括：步骤S1，将多个装有岩土变形感知传感器的固定板沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道内壁上；步骤S2，采集所述岩土变形感知传感器的数据，以获得隧道内壁的变形信息；步骤S3，根据所述变形信息判断是否满足塌方报警条件，若满足，则报警，否则回到步骤S2。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明通过岩土变形感知传感器配合固定板来检测隧道内壁的状态信息，由于当塌方发生前会导致隧道内壁发生形变从而引起岩土变形感知传感器测量的状态信息的变化，因此当岩土变形感知传感器检测的状态信息发生变化时，既可根据信息的变化做出塌方的预警，为人员第一时间采取躲避措施提供报警，最大程度避免工作人员的人身伤亡和财产损失。
附图说明
图1为现有技术的隧道结构示意图。
图2为现有技术的隧道的安全区截面示意图。
图3为本发明实施例的固定板和岩土变形感知传感器安装在隧道内壁上的结构示意图。
图4为本发明实施例的岩土变形感知传感器和数据处理终端的结构框图。
图5为本发明实施例的的岩土变形感知传感器安装在固定板上的结构示意图。
图6为本发明实施例的隧道施工塌方预警方法的流程图。
附图说明：固定板1、横向子板11、纵向子板12、岩土变形感知传感器2、倾角传感芯片21、信号转换模块22、处理器23、数据传输模块24、电池25、数据处理终端3、远程监控平台4、信息处理单元31和报警终端32、第一层混凝土8、隧道内壁5、钢架6、第二层混凝土7。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图3和4，本发明提供了一种隧道施工塌方预警系统，包括多个固定板1、多个岩土变形感知传感器2、至少一数据处理终端3和远程监控平台4。
固定板1，沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道的隧道内壁5上。固定板1的作用是增加岩土变形感知传感器2的感受范围，可以设置一个轴向的固定板1再设置一个纵向的固定板1，来保证隧道内壁5的两个方向上的变形都可以被检测到。或者一块固定板1同时包括互相交叉连接的横向子板11和纵向子板12，所述岩土变形感知传感器2固定在所述横向子板11和纵向子板12上，这样就可以通过一块固定板1来检测隧道内壁5的两个方向上的变形。请参阅图5，岩土变形感知传感器2固定在横向子板11和纵向子板12的交叉处，在其它实施例中，也可以直接固定在横向子板11或纵向子板12上。固定板1的数量为多个是为了保证能覆盖整个隧道中的有危险的隧道内壁5，操作人员可以根据需要灵活设置，例如：在危险性较高的区域多设置等等。
岩土变形感知传感器2，固定在所述固定板1上，用以检测隧道的状态信息。当隧道内壁5的变形带动固定板1的倾角发生改变时，岩土变形感知传感器2通过检测固定板1的倾角信息，即可得到隧道内壁5的状态信息。在本实施例中，岩土变形感知传感器2包括倾角传感芯片21、信号转换模块22、处理器23、数据传输模块24和电池25。
倾角传感芯片21，用以产生倾斜数据的模拟信号。
信号转换模块22，连接所述倾角传感芯片，用以将所述倾角传感芯片的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号。倾角传感芯片22检测得到的倾斜数据信号为模拟信号，处理器无法识别，所以需要将模拟信号转换成数字信号。在本实施例中，信号转换模块22为16位ADC数模转换器，在其它实施例中，信号转换模块22可以根据需要采用其它位数的数模转换器，例如32位或者24位等等。
处理器23，所述处理器连接所述信号转换模块，用以接收处理所述信号转换模块转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理。处理器23的作用是将转换后的数字信号进行处理以方便数据传输模块24向外界传输。在本实施例中，处理器23使用的是单片机，在其它实施例中，可以根据处理数据的需要或者其它需要采用其它类型的处理器23。
数据传输模块24，所述数据传输模块连接所述处理器，用以从处理器中接收处理过的数字信号并将所述数字信号传输给外界。数据传输模块24可以是无线的传输模块也可以是有线的模块，在本实施例中，数据传输模块24采用无线模式将岩土变形感知传感器2的所述隧道内壁5的状态信息传输给数据处理终端3。
电池25，所述电池25用以给所述倾角传感芯片21、信号转换模块22、处理器23和数据传输模块24提供电力。
数据处理终端3，用以接收所述多个岩土变形感知传感器2发出的隧道的状态信息，并与报警条件比较，判断是否报警。所述数据处理终端3通过有线通讯方式或无线通讯方式连接所述多个岩土变形感知传感器2，采用无线通讯的方式可以避免布线的麻烦，而采用有线通讯方式能保证通讯的效果，操作人员可以根据实际需要进行选择。在本实施例中，数据处理终端包括信息处理单元31和至少一个报警终端32。
信息处理单元31，用以接收所述多个岩土变形感知传感器2发出的隧道的状态信息，并判断是否满足预设条件，若满足，发送报警指令。隧道内壁5发生变形的时候会带动固定板1的倾角发生变化，固定板1的倾角变化越厉害说明隧道内壁5的变形越严重，发生塌方的危险也越高，因此当岩土变形感知传感器2测定的信息与超过需要预警的倾角值时，就发出报警指令。
报警终端32，当接收所述信息处理单元31发出的报警指令时，发出报警。在本实施例中，报警的形式可以是声音也可以是强光或者两者的混合，在其它实施例中，也可以根据需要改变，采用其它对操作人员的刺激方式来进行报警。在本实施例中，所述信息处理单元31与所述报警终端32分别封装，所述信息处理单元31与所述报警终端32通过无线通讯方式连接。这样操作人员可以每人携带一个报警终端32，以保证在需要报警时，每个人都可以接受到报警。在其它实施例中，所述信息处理单元31和所述报警终端32一体封装。这种情况下可以采用集体报警的方式，还可以采用两者混合的方式，例如操作人员既携带分开封装的报警终端32，又将一个报警终端32与信息处理单元31一体封装进行双重报警以保证报警效果。在本实施例中，所述报警终端32为佩戴式报警终端，数量为多个，以供多名隧道施工人员佩戴。
远程监控平台4，所述远程监控平台4接收所述至少一数据处理终端3的隧道的状态信息和/或报警信息。操作人员只需要在远程监控平台处即可了解隧道的状态，当事故发生时可以较早知道，从而及早进行应急措施。远程监控平台4可以是采用专设网络的监控用平台也可以通过互联网传输数据进行监控。
本发明还提供一种隧道施工塌方预警方法，请参阅图6，所述隧道施工塌方预警方法包括：
步骤S1：将多个装有岩土变形感知传感器的固定板沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道内壁上；
步骤S2：采集所述岩土变形感知传感器的数据，以获得隧道内壁的变形信息；在本实施例中，步骤S2为实时采集所述岩土变形感知传感器的数据，以获得隧道内壁的变形信息。采用实时监测更能保证安全性。
步骤S3：根据所述变形信息判断是否满足塌方报警条件，若满足，则报警，否则回到步骤S2。
下面以本实施例为例详细说明本发明的工作原理。
固定板1固定在高危区的隧道内壁5上或者危险区的隧道内壁5上，多个固定板1分布在隧道的危险区的各个位置，以保证检测的范围能覆盖所有危险区，岩土变形感知传感器2固定在固定板1上，当隧道内壁5的变形带动固定板1的倾角发生改变时，岩土变形感知传感器2通过检测固定板1的倾角信息，即可得到隧道内壁5的状态信息，岩土变形感知传感器2将信息传输给数据处理终端3，数据处理终端3的信息处理单元31将信息与预设的报警条件进行比对。
经过与预设的报警条件的对比，信息处理单元31判断岩土变形感知传感器2的传来的信息符合报警条件，隧道有发生塌方的危险，则向报警终端32发出报警指令，报警终端32接到指令进行报警，工作人员听到报警之后进行疏散避免人身伤亡和财产损失。若不符合报警条件则会继续检测。
综上所述，本发明通过岩土变形感知传感器配合固定板来检测隧道内壁的状态信息，由于当塌方发生前会导致隧道内壁发生形变从而引起岩土变形感知传感器测量的状态信息的变化，因此当岩土变形感知传感器检测的状态信息发生变化时，既可根据信息的变化做出塌方的预警，发出报警避免财产损失和工作人员的人身伤亡。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种隧道施工塌方预警系统，其特征在于，包括：
    多个固定板，其沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道的隧道内壁上；
多个岩土变形感知传感器，所述岩土变形感知传感器固定在所述固定板上，用以检测隧道的状态信息；
    至少一数据处理终端，用以接收所述多个岩土变形感知传感器发出的隧道的状态信息，并与报警条件比较，判断是否报警。
2.根据权利要求1所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述数据处理终端包括：
    信息处理单元，用以接收所述多个岩土变形感知传感器发出的隧道的状态信息，并判断是否满足预设条件，若满足，发送报警指令；
    至少一个报警终端，当接收所述信息处理单元发出的报警指令时，发出报警。
3.根据权利要求2所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述信息处理单元和所述报警终端一体封装。
4.根据权利要求2所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述信息处理单元与所述报警终端分别封装，所述信息处理单元与所述报警终端通过无线通讯方式连接。
5.根据权利要求4所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述报警终端为佩戴式报警终端，数量为多个，以供多名隧道施工人员佩戴。
6.根据权利要求1所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述固定板包括互相交叉连接的横向子板和纵向子板，所述岩土变形感知传感器固定在所述横向子板和/或纵向子板上。
7.根据权利要求1所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述岩土变形感知传感器包括：
倾角传感芯片，用以产生倾斜数据的模拟信号；
    信号转换模块，连接所述倾角传感芯片，用以将所述倾角传感芯片的倾斜数据的模拟信号转换成数字信号；
    处理器，所述处理器连接所述信号转换模块，用以接收处理所述信号转换模块转换成的数字信号，对接收到的所述数字信号进行处理；
    数据传输模块，所述数据传输模块连接所述处理器，用以从处理器中接收处理过的数字信号并将所述数字信号传输给外界；
电池，用以给所述倾角传感芯片、信号转换模块、处理器和数据传输模块提供电力。
8.根据权利要求1所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述岩土变形感知传感器与所述数据处理终端有线通讯方式或无线通讯方式连接。
9.根据权利要求1所述的隧道施工塌方预警系统，其特征在于，所述隧道施工塌方预警系统还包括远程监控平台，所述远程监控平台接收所述至少一数据处理终端的隧道的状态信息和/或报警信息。
10.一种隧道施工塌方预警方法，其特征在于，包括：
    步骤S1，将多个装有岩土变形感知传感器的固定板沿所述隧道的横向和/或纵向固定在所述隧道内壁上；
    步骤S2，采集所述岩土变形感知传感器的数据，以获得隧道内壁的变形信息；
    步骤S3，根据所述变形信息判断是否满足塌方报警条件，若满足，则报警，否则回到步骤S2。
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