CN111705837A - 一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度，所述信息化系统包括：施工综合信息数据库，其包括工程信息管理系统、衬砌施工管理系统、施工安全监控系统和系统控制面板；所述工程信息管理系统用于显示所述明挖隧道的衬砌施工信息和生产任务；所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度；所述施工安全监控系统用于对隧道衬砌施工过程进行监控。本发明具有施工信息整合集中、即时的施工控制调度的技术效果，可广泛应用于隧道施工控制技术领域。

Description

一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统

技术领域

本发明涉及隧道施工控制技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统。

背景技术

明挖隧道的衬砌施工中，模板台车和钢筋台车工艺应用较为广泛，其机械化作业的特点符合时代需要，但仍然存在以下问题：

(1)隧道工作面较多的情况下，现场人员、机械设备数量较多、分布较广，施工指令操作起来复杂，各个施工环节之间缺乏高效配合，整个施工流程缺少实时可视化的管控平台，无法实现施工集中信息化管理

(2)隧道施工安全监控与现场施工之间相对独立、联系不足，当出现潜在危险或者紧急情况的时候无法第一时间传达到现场以进行施工管控，增加了工程安全风险。

(3)模板台车和钢筋台车的行走控制、作业方式均为单点手动操作，缺乏有效的集中控制和安全监控，自动化程度较低，施工过程和质量控制难度大。

(4)为保证衬砌混凝土浇筑质量，需要从混凝土生产、运输和浇筑全过程进行实时管控，现场管理与生产调度难度大。

国内外目前通常做法主要以现场指挥与调度、人工操作机械设备、手动监控记录为主，无法适用较长、断面面积较大、工作面数量较多的隧道工程。因此明挖隧道整体式衬砌施工信息化系统可以解决施工生产效率较低、施工过程和质量控制难度大、现场组织繁琐、生产调度工作混乱、工程安全风险较高等难题。。

发明内容

本发明的目的是提供一种施工信息整合集中、即时的施工控制调度的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度，所述信息化系统包括：施工综合信息数据库，其包括若干子系统，并集中汇总、存储各所述子系统的数据信息，以及各所述子系统通过所述施工综合信息数据库相互读取所述数据信息；

各所述子系统包括工程信息管理系统、衬砌施工管理系统、施工安全监控系统和系统控制面板；

所述工程信息管理系统用于显示所述明挖隧道的衬砌施工信息和生产任务；

所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度；

所述施工安全监控系统用于对所述明挖隧道的衬砌施工过程进行监控。

优选地，所述工程信息管理系统包括：工程信息总览模块、机械设备信息管理模块、项目施工图纸管理模块、电子施工报表管理模块。

优选地，所述衬砌施工管理系统包括：衬砌钢筋台车调度模块、衬砌模板台车调度模块、混凝土浇筑调度模块、混凝土养护调度模块。

优选地，所述施工安全监控系统包括：施工环境监测模块、基坑围护结构监控模块、基坑周围土体监控模块、钢支撑轴力自动补偿模块、周边构筑物沉降监控模块、超限数据预警模块。

优选地，所述系统控制面板包括：系统功能设置模块、用户权限设置模块、系统文件管理模块以及通讯接口设置模块。

优选地，所述衬砌隧道的所述建筑施工用设备包括钢筋台车模板台车。

优选地，所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度包括以下步骤：

S1、调度所述钢筋台车进入当前施工节段的工位，调整钢筋台车姿态，依次绑扎所述明挖隧道的侧墙、拱顶钢筋；

S2、调度所述步骤S1的所述钢筋台车离开当前施工节段的工位，使所述模板台车进入当前施工节段的工位，安装外模和集中布料系统；

S3、调度生产所需方量混凝土并运输至当前施工节段的工位进行混凝土浇筑工序，并监控浇筑质量；

S4、调度自动养护机至所述步骤S3中进行混凝土浇筑工序后的当前施工节段的工位进行养护工序；

S5、重复以上步骤，直至所述明挖隧道的所有待衬砌施工节段完全施工。

优选地，所述步骤S4中对当前施工节段的工位的浇筑混凝土进行养护时，对混凝土的湿度进行实时监控。

本发明至少包括以下有益效果：

1、将工程信息查看、施工过程管理、安全风险监控统一集成到信息化系统中进行管理，提高施工过程中的协调效率，解决了工作面较多、现场人员、机械设备数量较多、分布较广的施工环境中人员、施工器械协调调度困难、拖延施工进度的技术问题。

2、隧道施工安全监控与现场施工之间建立密切联系，当出现潜在危险或者紧急情况的时候第一时间传达到现场以进行施工管控，降低工程安全风险。

3、模板台车和钢筋台车的行走控制、作业方式均采用集中控制和安全监控，自动化程度较高，降低了施工过程和质量的控制难度，提高了劳动生产率。

4、混凝土生产、运输和浇筑全过程实时集中管控，保证了施工质量，降低了现场管理与生产调度难度，提高了生产效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中明挖隧道衬砌施工的信息化系统的流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明的一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度，所述信息化系统包括：施工综合信息数据库，其包括若干子系统，并集中汇总、存储各所述子系统的数据信息，以及各所述子系统通过所述施工综合信息数据库相互读取所述数据信息；

各所述子系统包括工程信息管理系统、衬砌施工管理系统、施工安全监控系统和系统控制面板；

所述工程信息管理系统用于显示所述明挖隧道的衬砌施工信息和生产任务；

所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度；

所述施工安全监控系统用于对所述明挖隧道的衬砌施工过程进行监控。

在上述技术方案中，所述施工综合信息库用于设计一整套标准数据结构格式，规定各个子系统和分项数据的字段数量、字符类型和代表意义，还包括各项数据的采集频率和存储方式；将工程信息管理系统、衬砌施工管理系统、施工安全监控系统、系统控制面板中的信息进行汇总，并按照隧道施工相关逻辑以数据表的形式进行分类存储，各个子系统之间可以通过数据库相互读取信息和施工指令。

在另一种技术方案中，所述工程信息管理系统包括：工程信息总览模块、机械设备信息管理模块、项目施工图纸管理模块、电子施工报表管理模块。

在上述技术方案中，工程信息总览模块包括

在工程信息总览界面可以查看项目工程概况、项目部平面布置图、人员组织结构、工程总体施工进度、工程资源供应与需求信息、施工安全与质量相关信息、各个工作面人员与机械设备布置情况等信息。

隧道BIM模型管理模块包括：

将完整隧道BIM模型内置到系统中，可以实现隧道施工可视化信息展示、在虚拟三维BIM施工环境中全方位查看衬砌构件信息、施工全程三维模拟。将施工历史数据写入到隧道BIM模型中，可以在三维场景中重现施工过程，查看相关施工信息。

机械设备信息管理模块包括：

将衬砌施工相关的所有机械设备进行归类编号，统计和记录机械设备的进场时间、所在位置、数量、运行情况、台班数量、人员配置等信息，可以查看与管理设备信息，包括对信息的查询、增加、删除和修改。

项目施工图纸管理模块包括：

用于设计与施工图纸在线查看与下载，并可以查询、增加、删除图纸。

电子施工报表管理模块包括：

用于项目日常电子施工报表的填写、录入、审核、上传与下载等，包括施工日志、安全监控报表、工程联系单、指令文件等。

在另一种技术方案中，所述衬砌施工管理系统包括：衬砌钢筋台车调度模块、衬砌模板台车调度模块、混凝土浇筑调度模块、混凝土养护调度模块。

在上述技术方案中，衬砌钢筋台车调度模块包括：

用于集中控制钢筋台车的运行状态、行走位置，查看现场视频监控、当前施工进度与操作人员列表等信息，根据施工进度与人员、设备布置情况对钢筋台车发出操作指令，通过PLC电路控制驱动台车执行施工操作指令。具体可控制钢筋台车的自动行走装置，驱动滑轮转动，从而带动台车整体向前移动；还可控制台车可整体升降，通过伸缩臂架胎具，适应不同断面钢筋弧度；当行走出现偏差时，支腿可左右横移，调整位姿。

衬砌模板台车调度模块包括：

用于集中控制模板台车的运行状态、行走位置，查看现场视频监控、当前施工进度与操作人员列表等信息，根据施工进度与人员、设备布置情况对模板台车发出操作指令，通过PLC电路控制驱动台车执行施工操作指令。具体可控制台车行走动作、实时反馈行走速度及里程，同时通过超声波雷达检测、声光报警增加行走主动安全保护，实现行走、模板调位、泵站送料集中控制，实时行走速度位移检测、防碰撞检测，油缸压力位移检测、位移自动同步控制，可根据控制点测量数据自动定位。

混凝土浇筑调度模块包括：

用于对混凝土生产到浇筑全过程进行指挥与调度，实时监测混凝土产量、质量和运输情况，与模板台车配合进行隧道衬砌的混凝土浇筑并监测浇筑质量，包括监控混凝土生产方量、质量及产出时间、混凝土运输时长、混凝土温度变化、混凝土终检工作性能、混凝土浇筑时长、混凝土浇筑速度、施工环境温湿度。根据工程实际需要对混凝土生产、运输和浇筑设备进行分配工作量、合理调度，提高混凝土相关设备利用率，确保混凝土的生产、运输和浇筑紧张有序进行，保证衬砌施工质量。

混凝土养护调度模块包括：

用于对混凝土自动养护系统进行指挥与调度，控制养护机配合混凝土浇筑环节进行及时养护，并对养护全过程中混凝土的温湿度、养护时间、强度等数据进行实时监控与自动。

通过预埋无线温度传感器，实时监测混凝土的温度，根据设计指标要求的内外温差允许范围，动态调整养护区域的环境温度，实现混凝土内外温差的智能控制功能。养护区域环境温湿度控制功能是在养护区域的关键位置悬挂温湿度传感器，实时监测区域内的温湿度，并将信号传达至智能养护机，养护机结合混凝土结构内部预埋的温度传感器反馈的信号，动态调整养护机程序，在实现养护区域环境温湿度智能控制的同时，控制混凝土内外温差在设计的参数范围内。

在另一种技术方案中，所述施工安全监控系统包括：施工环境监测模块、基坑围护结构监控模块、基坑周围土体监控模块、钢支撑轴力自动补偿模块、周边构筑物沉降监控模块、超限数据预警模块。

在上述技术方案中，施工环境监测模块包括：

在施工现场制定位置安装一定数量的温湿度传感器、风速风向仪、水位计，自动采集环境温湿度、风速风向、地下水位方面的实时数据。

基坑围护结构监控模块包括：

在基坑围护结构顶部与底部安装测斜仪，自动采集支护结构顶部水平位移和支护结构深部水平位移实时数据；在基坑围护结构主筋和侧部安装正弦式应变计，自动采集围护结构主筋应力和支护结构侧向压力实时数据。

基坑周围土体监控模块包括：

采用自动全站仪测量基坑周围土体高程数据，自动采集坑边地面沉降与基坑围护结构沉降实时数据；在边坡顶部安装测斜仪，自动采集基坑边坡顶部水平位移实时数据。

钢支撑轴力自动补偿模块包括：

用于对支撑轴力进行全天候不间断监测，并根据高精度传感器所测参数值对支撑轴力进行适时的自动补偿，通过现场布置的现场控制站、液压伺服泵站等设备即时控制钢支撑端部千斤顶压力，通过持续“保压”，使钢支撑恒定轴力，起到自动监测与控制钢支撑轴力作用，从而来达到控制基坑变形的目的。

周边构筑物沉降监控模块包括：

采用自动全站仪测量围护结构周边管线和建筑的平面位置与高程，自动采集其变形和沉降的实时数据。

超限数据预警模块包括：

以上所有监控项目的实时信息将即时传输到预警模块进行实时分析，根据相关规范和设计要求通过内置的算法对隧道施工安全风险进行评估，当分析评估结果显示有异常或者紧急情况时，通过超限数据预警模块实时向施工管理人员发送警报短信并自动向集中控制的机械设备发出停止指令，以降低施工安全风险，预防安全事故

在另一种技术方案中，所述系统控制面板包括：系统功能设置模块、用户权限设置模块、系统文件管理模块以及通讯接口设置模块。

在上述技术方案中，系统功能设置模块包括：

打开或关闭系统中各个模块的相关功能、调整模块运行机制和时间、设置模块运行条件；

用户权限设置模块包括：

对系统用户进行管理，增加、删除、修改、查询所有用户信息，设置用户级别及其相关操作权限，追踪记录用户登录与操作历史信息；

系统文件管理模块包括：

对信息化系统中所存储的配置文件进行增加、删除、修改、查询；

通讯接口设置模块包括：

设置各个模块数据的通讯接口信息，根据实际需要打开或关闭相关功能的数据接口。

在另一种技术方案中，所述衬砌隧道的所述建筑施工用设备包括钢筋台车模板台车。

在另一种技术方案中，所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度包括以下步骤：

S1、调度所述钢筋台车进入当前施工节段的工位，调整钢筋台车姿态，依次绑扎所述明挖隧道的侧墙、拱顶钢筋；

S2、调度所述步骤S1的所述钢筋台车离开当前施工节段的工位，使所述模板台车进入当前施工节段的工位，安装外模和集中布料系统；

S3、调度生产所需方量混凝土并运输至当前施工节段的工位进行混凝土浇筑工序，并监控浇筑质量；

S4、调度自动养护机至所述步骤S3中进行混凝土浇筑工序后的当前施工节段的工位进行养护工序；

S5、重复以上步骤，直至所述明挖隧道的所有待衬砌施工节段完全施工。

在另一种技术方案中，所述步骤S4中对当前施工节段的工位的浇筑混凝土进行养护时，对混凝土的湿度进行实时监控

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度，其特征在于，所述信息化系统包括：施工综合信息数据库，其包括若干子系统，并集中汇总、存储各所述子系统的数据信息，以及各所述子系统通过所述施工综合信息数据库相互读取所述数据信息；

各所述子系统包括工程信息管理系统、衬砌施工管理系统、施工安全监控系统和系统控制面板；

所述工程信息管理系统用于显示所述明挖隧道的衬砌施工信息和生产任务；

所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度；

所述施工安全监控系统用于对所述明挖隧道的衬砌施工过程进行监控。

2.根据权利要求1所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述工程信息管理系统包括：工程信息总览模块、机械设备信息管理模块、项目施工图纸管理模块、电子施工报表管理模块。

3.根据权利要求1所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述衬砌施工管理系统包括：衬砌钢筋台车调度模块、衬砌模板台车调度模块、混凝土浇筑调度模块、混凝土养护调度模块。

4.根据权利要求1所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述施工安全监控系统包括：施工环境监测模块、基坑围护结构监控模块、基坑周围土体监控模块、钢支撑轴力自动补偿模块、周边构筑物沉降监控模块、超限数据预警模块。

5.根据权利要求1所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述系统控制面板包括：系统功能设置模块、用户权限设置模块、系统文件管理模块以及通讯接口设置模块。

6.根据权利要求1所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述衬砌隧道的所述建筑施工用设备包括钢筋台车模板台车。

7.根据权利要求1或6所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述衬砌施工管理系统用于控制所述明挖隧道的衬砌施工工序中混凝土的浇筑、运输、养护以及所述衬砌隧道的建筑施工用设备的集中调度包括以下步骤：

S1、调度所述钢筋台车进入当前施工节段的工位，调整钢筋台车姿态，依次绑扎所述明挖隧道的侧墙、拱顶钢筋；

S2、调度所述步骤S1的所述钢筋台车离开当前施工节段的工位，使所述模板台车进入当前施工节段的工位，安装外模和集中布料系统；

s3、调度生产所需方量混凝土并运输至当前施工节段的工位进行混凝土浇筑工序，并监控浇筑质量；

S4、调度自动养护机至所述步骤S3中进行混凝土浇筑工序后的当前施工节段的工位进行养护工序；

S5、重复以上步骤，直至所述明挖隧道的所有待衬砌施工节段完全施工。

8.根据权利要7所述的用于明挖隧道衬砌施工的信息化系统，其特征在于，所述步骤S4中对当前施工节段的工位的浇筑混凝土进行养护时，对混凝土的湿度进行实时监控。

Images