CN113720499A - 一种智能隧道施工安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能隧道施工安全监控系统，包括移动平台，以及安装在移动平台上的拱形件和终端机，所述拱形件与隧道顶部和侧壁抵接，拱形件的表面呈矩阵分布有若干应力检测元件，所述应力检测元件采用弹性材料制成拱形，使其与隧道顶部和侧壁抵接形成共振和压力传感；所述应力检测元件与所述终端机连接，用于上传检测数据，终端机内置有不同地质条件下隧道掘进和静止状态下隧道顶部和侧壁的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型，当所述检测数据大于正常数据且趋近于所述隧道坍塌模型时，终端机发出警报，通过改进探测结构，使其可以在隧道掘进过程中不断检测隧道内的应力变化，以实现隧洞内的动态监测，从而提高数据的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及施工安全领域，具体涉及一种智能隧道施工安全监控系统。
背景技术
隧道施工是工程建设领域很常见的情况，国民经济的重要命脉-公路，由于其特有的灵活和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用，而公路工程结构的重要组成部分之一也是隧道。随着技术的不断发展，隧道建筑规模越来越大，长度越来越长。然而隧道规模越大，技术难度也相应加大，由于其施工环境复杂，风险相对较高，管理难度较大，因此施工人员的安全问题永远是隧道施工的重中之重。
其中隧道施工的主要安全隐患还是在于缺氧以及隧洞坍塌这两方面，以往的监测均是人为的进行测量观察，然后进行评估计算，无法真正对隧道施工的安全情况进行评估，同时其检测到的数据都是静态的，隧道的变形情况的发展情况会怎么样，以及这些变形数据会带来的安全隐患都无法进行预测分析，一旦问题发现较晚，便会带来巨大的损失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能隧道施工安全监控系统，通过改进探测结构，使其可以在隧道掘进过程中不断检测隧道内的应力变化，以实现隧洞内的动态监测，从而提高数据的可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种智能隧道施工安全监控系统，包括：
移动平台，以及安装在移动平台上的拱形件和终端机，所述拱形件与隧道顶部和侧壁抵接，拱形件的表面呈矩阵分布有若干应力检测元件，所述应力检测元件采用弹性材料制成拱形，使其与隧道顶部和侧壁抵接形成共振和压力传感；
所述应力检测元件与所述终端机连接，用于上传检测数据，终端机内置有不同地质条件下隧道掘进和静止状态下隧道顶部和侧壁的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型，当所述检测数据大于正常数据且趋近于所述隧道坍塌模型时，终端机发出警报。
和传统的检测方式相比，本方案采用施工状态以及静止状态下，隧道内壁的共振情况和应力情况建立相应的模型，然后通过多元件组成检测矩阵，成片区的检测施工区域的应力和共振变化，从而可以有效预防隧道坍塌，排除风险。
进一步的，本系统还包括一个的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型的建模方法，其步骤如下：
S100：选择地质条件与隧道完全一致且深度完全相同的区域采用与对应隧道施工方法完全相同的施工工艺开挖一段隧道；
S200：开挖过程中检测隧道顶部和侧壁的应力变化曲线和共振曲线，其具体包括静止状态下和开挖过程中两种情况，记录静止状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K和L，开挖状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K1和L1；
S300：人工制造坍塌，包括重力挤压坍塌模型、内部开挖造成的内部应力坍塌模型，记录坍塌开始前一段时间内力变化曲线和共振曲线分别记坍塌模型K2和L2。
和传统的检测方式相比，本方案最大的改进点在于利用等同的地质条件和施工方式建立一段隧道，然后以此采集施工过程中以及静止状态等不同状态下的应力和弹力曲线从而形成相应的模型，然后制造坍塌类型，记录坍塌前一段时间内的数据波动作为坍塌模型，从而给施工人员预留逃生时间。
进一步的，定义检测数据中的应力和共振分别为k和l，当K＜k＜K2或K1＜k＜K2或L＜l＜L2或L1＜l＜L2中满足一个或多个条件时终端机发出警报，其中k根据地质条件的不同允许在修正参数d以内波动。
进一步的，所述终端机还通过通讯模块与监控服务器连接，所述通讯模块采用GSM传输模块。
进一步的，所述终端机安装在拱形件内部形成防水结构。
本发明的有益效果是：和传统的检测手段相比，本方案提供的检测模型更加符合实际施工进程，移动平台可以随着隧道的掘进不断移动，属于动态式的检测，而通常坍塌也都是发生在施工点，从而解决了传统的布点时监控检测点无法移动的问题，使得本方案的检测灵敏度更高。
附图说明
图1为本系统的硬件结构示意图；
图2为拱形件表面应力检测元件的分布示意图；
图3为单个应力检测元件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参考图1所示，一种智能隧道施工安全监控系统，包括移动平台1，以及安装在移动平台1上的拱形件3和终端机2。其中移动平台1采用小车的模式实现，使其可以自由在隧道内往返移动，从而实现动态式、移动式的多点检测，相较于现有技术，本方案具有检测灵活多变的技术进步。
在另一方面，拱形件3与隧道顶部和侧壁抵接，拱形件3的表面呈矩阵分布有若干应力检测元件4，其结构可参考图2所示，应力检测元件4采用弹性材料制成拱形，其形状如图3所示，该设计可使其与隧道顶部和侧壁抵接形成共振和压力传感，也就是检测到隧道顶部的受力情况，以及其振动情况，这里的振动主要是指施工状态下的振动，基于监测模型可知，当隧道欲发生坍塌时，其振动模型是不同的，根据该特征即可识别出隧道是否存在坍塌风险。
应力检测元件4与终端机2连接，用于上传检测数据，终端机2内置有不同地质条件下隧道掘进和静止状态下隧道顶部和侧壁的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型，当检测数据大于正常数据且趋近于隧道坍塌模型时，终端机2发出警报。
在本实施例中还提供了一个的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型的建模方法，其步骤如下：
S100：选择地质条件与隧道完全一致且深度完全相同的区域采用与对应隧道施工方法完全相同的施工工艺开挖一段隧道；
S200：开挖过程中检测隧道顶部和侧壁的应力变化曲线和共振曲线，其具体包括静止状态下和开挖过程中两种情况，记录静止状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K和L，开挖状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K1和L1；
S300：人工制造坍塌，包括重力挤压坍塌模型、内部开挖造成的内部应力坍塌模型，记录坍塌开始前一段时间内力变化曲线和共振曲线分别记坍塌模型K2和L2。
进一步的，定义检测数据中的应力和共振分别为k和l，当K＜k＜K2或K1＜k＜K2或L＜l＜L2或L1＜l＜L2中满足一个或多个条件时终端机2发出警报，其中k根据地质条件的不同允许在修正参数d以内波动，根据不同的地质条件修正参数d的取值不同。
进一步的，终端机2还通过通讯模块与监控服务器连接，通讯模块采用GSM传输模块。
进一步的，终端机2安装在拱形件3内部形成防水结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种智能隧道施工安全监控系统，其特征在于，包括：
移动平台（1），以及安装在移动平台（1）上的拱形件（3）和终端机（2），所述拱形件（3）与隧道顶部和侧壁抵接，拱形件（3）的表面呈矩阵分布有若干应力检测元件（4），所述应力检测元件（4）采用弹性材料制成拱形，使其与隧道顶部和侧壁抵接形成共振和压力传感；
所述应力检测元件（4）与所述终端机（2）连接，用于上传检测数据，终端机（2）内置有不同地质条件下隧道掘进和静止状态下隧道顶部和侧壁的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型，当所述检测数据大于正常数据且趋近于所述隧道坍塌模型时，终端机（2）发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种智能隧道施工安全监控系统，其特征在于，本系统还包括一个的共振模型、应力模型以及隧道坍塌模型的建模方法，其步骤如下：
S100：选择地质条件与隧道完全一致且深度完全相同的区域采用与对应隧道施工方法完全相同的施工工艺开挖一段隧道；
S200：开挖过程中检测隧道顶部和侧壁的应力变化曲线和共振曲线，其具体包括静止状态下和开挖过程中两种情况，记录静止状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K和L，开挖状态下应力变化曲线和共振曲线分别记为K1和L1；
S300：人工制造坍塌，包括重力挤压坍塌模型、内部开挖造成的内部应力坍塌模型，记录坍塌开始前一段时间内力变化曲线和共振曲线分别记坍塌模型K2和L2。
3.根据权利要求2所述的一种智能隧道施工安全监控系统，其特征在于，定义检测数据中的应力和共振分别为k和l，当K＜k＜K2或K1＜k＜K2或L＜l＜L2或L1＜l＜L2中满足一个或多个条件时终端机（2）发出警报，其中k根据地质条件的不同允许在修正参数d以内波动。
4.根据权利要求3所述的一种智能隧道施工安全监控系统，其特征在于，所述终端机（2）还通过通讯模块与监控服务器连接，所述通讯模块采用GSM传输模块。
5.根据权利要求4所述的一种智能隧道施工安全监控系统，其特征在于，所述终端机（2）安装在拱形件（3）内部形成防水结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110888995.XA CN113720499A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种智能隧道施工安全监控系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110888995.XA CN113720499A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种智能隧道施工安全监控系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN113720499A true CN113720499A (zh) | 2021-11-30 |
Family
ID=78674794
Family Applications (1)
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| CN202110888995.XA Pending CN113720499A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种智能隧道施工安全监控系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN113720499A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116539270A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-08-04 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种风洞弯刀实时监测装置及方法 |
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2021
- 2021-08-04 CN CN202110888995.XA patent/CN113720499A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116539270A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-08-04 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种风洞弯刀实时监测装置及方法 |
| CN116539270B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-10-03 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种风洞弯刀实时监测装置及方法 |
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