CN108279082A - 一种隧道围岩压力监测和预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道围岩压力监测和预警系统，包括采集装置、服务器、显示装置、预警装置和后处理装置，采集装置、显示装置和预警装置分别与服务器连接，后处理装置与预警装置连接。本发明能够实现从数据采集、数据分析、信息显示、情形警报到启动高级安全预防措施，预警装置可识别由服务器发送来的预警信息并发出相应级别的警报，警报的级别由预警装置根据隧道破坏的临近时间和破坏后的损失及危害程度综合判识生成，且由后处理装置根据预警信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程安全运营。
Description
技术领域
本发明涉及隧道围岩监测预警技术领域，特别涉及一种隧道围岩压力监测和预警系统。
背景技术
随着大量的隧道工程开工建设，隧道风险监控环节越来越受重视，尤其是地质活动较为频繁的地区，为了随时监测重要性较高和破坏可能性较大的隧道地段，确保隧道后期的安全运营，隧道监控量测不仅需要满足工程单位施工和后期管理的需要，更需要通过信息化的手段，快速的建立预警和预防机制，及时知会建设单位有效的信息，建立健全风险管理监督机制及闭环管理流程，从制度上满足安全运营的需要。
在常规的围岩测量监控中，往往具有以下不足：(1)当前对于隧道的监控多采用位移量测法，包括地面沉降和洞壁位移量测，其中地面沉降监测由于围岩(土)中裂隙(空隙)的存在，且围岩脆性较强，破坏前位移很小，沉降监测的结果往往不能及时准确反映隧洞的安全性。洞壁位移量测虽然直接测量洞壁，但测量的是洞壁单一点处的位移，往往不能反映隧道的最大变形量和整体的变形模式，且同样有衬砌脆性较强，破坏前位移很小，位移测量精度要求高的缺点。(2)传统的围岩测量，采用“人工读数、手工填写、纸质报告”模式，人为干预因素多，数据处理慢，信息不能得到及时反馈，不能及时汇总报表。(3)数据的可溯源性问题：不能够形成即时、有效、连续的数据链，使管理者难于实现全过程监控，极易出现数据失真、缺失。需要查阅历史数据时，费事费力，很难追溯。(4)监测数据很难共享和分析利用：当前只能通过各个施工单位，收集一线信息，整理材料和存档。数据都是非结构性文档，不利于检索、统计由于没有统一的格式，数据共享和后期分析利用很难。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种隧道围岩压力监测和预警系统。所述技术方案如下：
一方面，一种隧道围岩压力监测和预警系统，包括采集装置、服务器、显示装置、预警装置和后处理装置，采集装置、显示装置和预警装置分别与服务器连接，后处理装置与预警装置连接；
采集装置实时采集围岩的压力信息和位置信息，并将压力信息和位置信息实时传送给服务器；
服务器根据预设信息和接收到的压力信息和位置信息，计算得到变形信息；
服务器将变形信息与服务器中预设的阈值比较，如果变形信息大于预设阈值，则进一步生成预警信息，并将变形信息、预警信息以及接收到的压力信息和位置信息发送给显示装置，将预警信息发送给预警装置；
显示装置显示服务器发来的压力信息、位置信息、变形信息和预警信息；
预警装置收到服务器发来的预警信息后，根据预警信息发出相应级别的预警，并根据预警级别判断是否向后处理装置发送预防措施信息；
后处理装置接收预警装置发来的预防措施信息并启动相应的预防措施。
进一步的，采集装置由多个应力计和定位计组成，布设在隧道拱顶和拱处，用于监测压应力和剪应力的位置、大小及变化过程。
进一步的，应力计应力测试范围不小于120Mpa，应力标准误差不大于100ppm，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间；定位计的抗压性不小于120Mpa，定位标准误差不大于0.5m，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间。
进一步的，变形信息包括：变形量和变形速率。
进一步的，显示装置显示的预警信息具体包括：隧洞即将破坏的时间、地点、范围、类型和级别信息。
进一步的，服务器根据预设信息和接收到的压力信息和位置信息，计算得到变形信息的具体方法为：根据压力信息采用有压隧洞围岩应力公式计算模型获得衬砌变形信息，应力和位移公式如下所示：
其中a为隧洞的内半径，b为外半径，r为衬砌中距隧洞中点的距离，pb为衬砌与岩石接触面上的压力，pa为洞壁受力，u’、G’为衬砌的弹性常数。
进一步的，服务器的预设信息包括：洞室的形状、大小、深度、所处地质构造、支护的形式和刚度、隧道已运营和计划运营时间。
进一步的，服务器存储的信息包括：压力信息、位置信息、变形信息和预警信息。
进一步的，服务器将变形信息与服务器中预设的阈值比较的具体方法为：将变形量和变形速率与预设的变形量和变形速率的阈值进行比较，当变形量或变形速率分别大于变形量或变形速率的预设阈值时，向其他设备发送变形信息和预警信息。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的隧道围岩压力监测和预警系统，通过采集终端实时获取在预设位置处检测的压力和位置信息，并向服务器实时发送，由服务器实时进行分析处理来获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较，以确定是否向预警装置发出预警信息。本发明能够实现从数据采集、数据分析、信息显示、情形警报到启动高级安全预防措施，预警装置可识别由服务器发送来的预警信息并发出相应级别的警报，警报的级别由预警装置根据隧道破坏的临近时间和破坏后的损失及危害程度综合判识生成，且由后处理装置根据预警信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程安全运营。
附图说明
为了更清楚地说明本发明施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中隧道围岩压力监测和预警系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
如图1所示本发明的隧道围岩压力监测和预警系统，包括采集装置1、服务器2、显示装置3、预警装置4和后处理装置5，采集装置1、显示装置3和预警装置4分别与服务器2连接，后处理装置5与预警装置4连接。
采集装置1由多个应力计和定位计组成，布设在隧道拱顶和拱处，用于监测位置、压应力和剪应力的位置、大小及变化过程。采集装置1实时采集围岩的压力信息和位置信息，并将压力信息和位置信息通过有线或无线的途径实时传送给服务器2。有线连接可采用串口连接线，无线可采用蓝牙模块进行无线传输。
在本实施例中，由于应力计和定位计的布设位置要求，此种监测方法适用于需要支护的隧道。监测的位置主要布设在隧洞较易于受力和变形且重要的部位，而隧道的洞顶和棱角较大的拐点容易形成应力集中效应，需要特别考虑，必要时可隧洞的其他部位布设监测点。至于沿着隧道方向监测点布设密度，需要综合考虑隧道的重要性、发生破坏的可能性。本实施例中的应力计应力测试范围不小于120Mpa，应力标准误差不大于100ppm，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间；定位计的抗压性不小于120Mpa，定位标准误差不大于0.5m，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间。
服务器2根据预设信息(洞室的形状、大小、深度、所处地质构造、支护的形式和刚度、隧道已运营和计划运营时间)和接收到的压力信息和位置信息，采用有压隧洞围岩应力公式计算模型获得衬砌变形信息，变形信息包括变形量和变形速率。
应力和位移公式如下所示：
其中a为隧洞的内半径，b为外半径，r为衬砌中距隧洞中点的距离，pb为衬砌与岩石接触面上的压力，pa为洞壁受力，u’、G’为衬砌的弹性常数。
服务器2将变形信息与服务器2中预设的阈值比较，如果变形信息大于预设阈值，则进一步生成预警信息，并将变形信息、预警信息以及接受到的压力信息和位置信息发送给显示装置3，将预警信息发送给预警装置4。具体方法为：将变形量和变形速率与预设的变形量和变形速率的阈值进行比较，当变形量或变形速率分别大于变形量或变形速率的预设阈值时，向其他设备发送变形信息和预警信息。同时，服务器2将压力信息、位置信息、计算得到的变形信息和比较后生成的预警信息存储在服务器2上。
显示装置3显示服务器2发来的压力信息、位置信息、变形信息和预警信息，预警信息具体包括：隧洞受力信息、变形信息、隧洞即将破坏的时间、地点、范围、类型和级别信息。监管人员以及各个相关部门监管人员可以通过显示装置3进行查看，还可以根据预警信息进行相应的施救措施。监管人员查看时，亦可通过浏览方式进行查看。
预警装置4收到服务器2发来的预警信息后，根据预警信息发出相应级别的预警，并根据预警级别判断是否向后处理装置5发送预防措施信息。
后处理装置5接收预警装置4发来的预防措施信息并启动相应的预防措施。
本发明的隧道围岩压力监测和预警系统，通过采集终端实时获取在预设位置处检测的压力和位置信息，并向服务器实时发送，由服务器实时进行分析处理来获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较，以确定是否向预警装置发出预警信息。本发明能够实现从数据采集、数据分析、信息显示、情形警报到启动高级安全预防措施，预警装置可识别由服务器发送来的预警信息并发出相应级别的警报，警报的级别由预警装置根据隧道破坏的临近时间和破坏后的损失及危害程度综合判识生成，且由后处理装置根据预警信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程安全运营。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，包括采集装置、服务器、显示装置、预警装置和后处理装置，所述采集装置、所述显示装置和所述预警装置分别与所述服务器连接，所述后处理装置与所述预警装置连接；
所述采集装置实时采集围岩的压力信息和位置信息，并将所述压力信息和位置信息实时传送给服务器；
所述服务器根据预设信息和接收到的所述压力信息和位置信息，计算得到变形信息；
所述服务器将所述变形信息与服务器中预设的阈值比较，如果所述变形信息大于所述预设阈值，则进一步生成预警信息，并将所述变形信息、所述预警信息以及接收到的所述压力信息和所述位置信息发送给所述显示装置，将所述预警信息发送给所述预警装置；
所述显示装置显示所述服务器发来的所述压力信息、所述位置信息、所述变形信息和所述预警信息；
所述预警装置收到所述服务器发来的预警信息后，根据所述预警信息发出相应级别的预警，并根据预警级别判断是否向所述后处理装置发送预防措施信息；
所述后处理装置接收所述预警装置发来的预防措施信息并启动相应的预防措施。
2.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述采集装置由多个应力计和定位计组成，布设在隧道拱顶和拱处，用于监测压应力和剪应力的位置、大小及变化过程。
3.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述应力计应力测试范围不小于120Mpa，应力标准误差不大于100ppm，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间；定位计的抗压性不小于120Mpa，定位标准误差不大于0.5m，工作环境温度介于﹣20℃到80℃之间。
4.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述变形信息包括：变形量和变形速率。
5.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述显示装置显示的预警信息包括：隧洞即将破坏的时间、地点、范围、类型和级别信息。
6.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述服务器根据预设信息和接收到的所述压力信息和位置信息，计算得到变形信息的具体方法为：根据所述压力信息采用有压隧洞围岩应力公式计算模型获得衬砌变形信息，应力和位移公式如下所示：
其中a为隧洞的内半径，b为外半径，r为衬砌中距隧洞中点的距离，pb为衬砌与岩石接触面上的压力，pa为洞壁受力，u’、G’为衬砌的弹性常数。
7.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述服务器的预设信息包括：洞室的形状、大小、深度、所处地质构造、支护的形式和刚度、隧道已运营和计划运营时间。
8.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述服务器存储的信息包括：压力信息、位置信息、变形信息和预警信息。
9.如权利要求1所述的隧道围岩压力监测和预警系统，其特征在于，所述服务器将所述变形信息与服务器中预设的阈值比较的具体方法为：将变形量和变形速率与预设的变形量和变形速率的阈值进行比较，当变形量或变形速率分别大于变形量或变形速率的预设阈值时，向其他设备发送变形信息和预警信息。
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