CN114066271A - 一种隧道突水灾害监测管理系统 - Google Patents

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CN114066271A CN202111375076.9A CN202111375076A CN114066271A CN 114066271 A CN114066271 A CN 114066271A CN 202111375076 A CN202111375076 A CN 202111375076A CN 114066271 A CN114066271 A CN 114066271A
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邓寿军
黄鑫
丁祥
高新强
曾伟峰
韩智铭
孙明磊
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China Railway 22nd Bureau Group Co Ltd
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Shijiazhuang Tiedao University
China Railway 22nd Bureau Group Co Ltd
Fourth Engineering Co Ltd of China Railway 22nd Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种隧道突水灾害监测管理系统，包括数据采集模块、勘测分析模块、云存储模块、中心控制模块、实时监督模块、实时校验模块，数据采集模块采集隧道的突水勘测数据并将突水勘测数据发送至云存储模块进行存储，勘测分析模块包括施工前分析模块、施工分析模块、运营分析模块，勘测分析模块利用评价模型对整条隧道的突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，通过实时校验模块和施工分析模块实现数据替换，勘测分析模块再对替换后的数据分析，利用对数据的分析来降低涌突水的风险，从而提高隧道施工过程中的安全性和降低了施工成本，加强隧道施工前对隧道的勘测的数据和分析的准确性。

Description

一种隧道突水灾害监测管理系统
技术领域
本发明涉及隧道监测技术领域，特别是涉及一种隧道突水灾害监测管理系统。
背景技术
隧道工程普遍具有埋深大、洞线长，水文地质条件复杂等显著特点，在地质调查阶段往往很难对隧道沿线的地质进行详细准确的探查，这大大增加了隧道施工期发生突水突泥等重大灾害的风险，成为影响安全、制约工程进度和费用的关键因素；在现有技术中，以突水突泥为研究对象，综合采用的模糊理论、突水预测模型、数值模拟等手段对隔水岩体的应力特征和水文环境进行分析预测，从断裂层构造环境、地岩层、地下水循环条件等多种控制性因素整体分析隧道内岩层突水机制，但是由于隧道通过的地质地段条件复杂，突水量大，地下水排泄使得突水破坏了原有的地质水利结构，已有的综合预测分析模型虽然可以将多种因素考虑在内进行分析得到预测结果，但是对于不同隧道路段的不同的影响因素的影响程度没有做出具体准确的量化分析，数据分析模型对隧道施工的整体的预测结果无法对局部的路段的具体施工进行指导，突水预测结果不能根据实际施工过程中的发生的动态变化而发生该改变，预测模型的突水预测结果的实用性需要利用预测分析结果与实际的数据进行对比才能够知道，降低了突水预测的及时性，隧道施工中突水带来的安全性问题没有得到实际有效的解决，为此，我们提出了一种隧道突水灾害监测管理系统。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种隧道突水灾害监测管理系统，勘测分析模块的施工前分析模块数据利用施工前数据采集模块采集的整个隧道沿线的突水勘测数据进行预测分析得到预测分析结果，施工前分析模块根据隧道沿线的采集点之间的关系对隧道施工进行划分，实时矫正模块再根据预测分析结果和实际产生的突水数据进行动态规划分析得到下一个阶段的决策变量，利用产生的突水数据和决策变量替换采集的原始突水勘测数据中对应施工路段的数据，并利用施工前分析阶段对替换后的数据进行再次预测分析，解决测突水勘测中因地理环境的复杂而带来的决策误差，使得对隧道的涌突水的监测更加准确，保障了施工中的安全性和施工成本。
其解决的技术方案是，一种隧道突水灾害监测管理系统，包括数据采集模块、勘测分析模块、云存储模块、中心控制模块、实时监督模块、实时校验模块，数据采集模块对隧道的施工前阶段、施工中阶段和施工后阶段的三个阶段的突水勘测数据进行采集，并将突水勘测数据发送至云存储模块进行存储，勘测分析模块根据突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，实时校验模块根据预测分析结果和实际施工中产生的突水勘测数据对未施工的施工路段进行突水校验，中心控制模块是隧道施工的管理中心，可以对隧道施工中的所有模块进行控制，勘测分析模块包括施工前分析模块、施工分析模块、运营分析模块，实时监督模块是隧道施工过程中的应急管理模块；
系统管理过程具体如下：
1)、数据采集模块对突水勘测数据进行采集，并将采集的突水勘测数据发送至于云存储模块，云存储模块对突水勘测数据分类存储；
2)、所述勘测分析模块对隧道施工过程中的突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，根据隧道施工进度和预测分析的突水勘测数据的不同，预测分析结果将发生动态变化，勘测分析模块将第一次预测分析结果发送至实时校验模块，实时校验模块根据接收的预测分析结果和施工过程中产生的突水勘测数据进行实时校验得到决策变量，并将决策变量发送回勘测分析模块，勘测分析模块在突水预测分析过程中将勘测误差考虑在内，并对隧道施工过程中的突水进行动态预测，勘测分析模块可以对整个隧道施工中的所有施工路段的勘测阶段数据进行分析，具体的分析过程如下：
步骤一、所述施工前分析模块根据隧道施工的勘测环境的复杂程度和计划工程进度信息对整个隧道的施工的路段进行划分，将整个隧道施工路线划分为n个施工路段，施工人员再以每一施工路段为基本单位进行施工，具体过程如下：
在隧道施工前的施工前阶段，数采集模块对隧道沿线内不同的N个采集点进行突水地理环境勘测得到突水勘测数据，计算采集点的分布密集度E，计算方程如下：
Figure BDA0003360167540000021
Figure BDA0003360167540000031
Figure BDA0003360167540000032
其中，Pi(xi，yi，zi)，Pj(xj，yj，zj)表示的是三维空间内相邻的采集点i和j的采集坐标，N表示采集点的个数，dij表示的是两个采集点之间的距离，Hij表示的是每个样本采集点采集到的信息的信息熵，
Figure BDA0003360167540000033
表示的是采集点i和j之间的等级相关系数，相邻的采集点中等级相关系数相同时，计算对应的采集点分布密集度E，t表示的是计划工程进度信息中包括所有等级相关系数相同的施工路段的计划施工时间，s表示的是不同采集点之间的距离，根据计划工程进度信息中的计划施工量的最大值得到分布密集度的阈值，当根据E小于阈值时，E对应的隧道的路段为一个施工路段，当E大于阈值时，对应的隧道的路段为两个施工路段，根据分布密集度对隧道施工路线进行分类得到n个施工路段；
步骤二、施工前分析模对整个隧道施工沿线的采集的突水勘测数据利用模糊数学综合分析模型进行分析得到第一次预测分析结果，并将第一次预测分析结果发送至实时校验模块、施工分析模块和云存储模块进行存储，施工前分析模块对隧道的整体进行突水预测，并得到对应每一个施工路段的突水预测结果，施工分析模块进行数据替换后，施工前分析模块再对数据替换的突水勘测数据进行突水预测得到对应的预测分析结果；
步骤三、第一个施工路段施工完成后产生包括突水数据的突水勘测数据，实时检验模块利用第一次预测分析结果和突水数据进行动态规划分析得到下一个未施工的施工路段对应的阶段预测值，根据突水数据选择状态变量并得到决策变量，状态转移方程如下：
Figure BDA0003360167540000041
其中，k表示的是隧道的施工阶段，vk表示的是根据突水数据和突水预测结果得到的状态变量，ε表示的是第k阶段对应的第一次突水预测结果的字阶段对应的vk与实际的突水数据对应的值v0 k之间的勘测误差，fk(vk)表示的是突水量的决策变量，hk(vk)表示承压函数，ck(vk)表示的综合影响参数值，分析方程如下：
Figure BDA0003360167540000042
其中，Xe＝(Xe1，Xe2，Xe3，...，XeP)τ是由突水的测量参数的组成的协变量，P表示是测量参数的个数，ck为相应变量，βe(Xe)是光滑函数，根据当前完工的施工路段对应的状态变量fk(vk)得到下一个未施工的施工路段的状态变量，并将得到得下一施工路段得状态变量发送至施工分析模块；
3)、施工分析模块对实际施工过程中产生的突水数据进行分析得到突水分析结果并发送至实时校验模块，施工分析模块利用实际施工过程中产生的突水数据和下一个未施工路段的阶段预测值替换突水勘测数据中对应施工路段的数据，施工前分析模块再对替换后得数据进行突水预测得到突水预测分析结果，中心控制模块可以根据突水预测分析结果对隧道施工过程进行调整。
所述勘测分析模块的施工前分析模块利用数学综合评价模型对突水勘测数据进行预测分析得到预测分析结果，在施工前是对施工前采集的突水勘测数据进行预测分析，每完成一个施工路段的施工，施工前分析模块对数据替换以后的突水勘测数据进行整体的预测分析，具体分析过程：
步骤1、施工前分析模块将突水勘测数据中所有的实际地质条件进行量化得到评价参量，突水勘测数据中包括降雨量参量，根据评价参量和降雨参量得到评价指标集合U＝{u1，u2，u3，...，up}，p表示的是参量的个数；
步骤2、再对参量进行无量纲化处理得到模糊隶属函数，利用模糊隶属函数来确定各个因素的等级隶属度，并得到评判矩阵R；
步骤3、施工前分析模块利用灰色聚类方法来确定权重A，并结合评判矩阵R进行运算得到评判结果B＝A·R，权重值的计算公式如下：
Figure BDA0003360167540000051
其中，d表示的因素的个数，Wi表示第i个因素的权重，yi表示的第i个因素的测值，Sn表示的是评价指标集合对应的分界值；
将隧道内的涌突水灾害的风险性进行等级划分，模糊综合评价模型通过对突水勘测数据的预测分析得到整个隧道的预测分析结果，再根据n个施工路段将预测分析结果进行划分得到每一个施工方路段的预测分析结果。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1.本系统中的勘测分析模块中包括施工前分析模块和施工分析模块，所述数据采集模块对隧道的整个施工过程中的突水勘测数据进行采集并进行存储，所述施工前分析模块利用整个隧道沿线的突水勘测数据进行预测分析得到预测分析结果，并根据隧道沿线的采集点之间的关系对隧道施工进行划分，再根据划分得到的施工路段对预测分析结果进行划分得到每一个施工路段对应的突水的预测分析结果，实时矫正模块根据预测分析结果和实际产生的突水数据进行动态规划分析得到下一个阶段的决策变量，再利用产生的突水数据和决策变量替换采集的原始突水勘测数据中不同施工路段对应突水勘测数据，并利用施工前分析阶段对替换后的数据进行再次预测分析并得到待施工的施工路段的预测分析数据，解决测突水勘测中因地理环境的复杂而带来的决策误差，使得对隧道的涌突水的监测更加准确，保障了施工中的安全性。
2.勘测分析模块的施工前分析模块在隧道施工前对隧道的实际地理环境进行勘测，并通过对分布不均匀的采集点之间采集的信息的特点对隧道施工路段进行划分，利用从采集点采集的突水勘测数据进行涌突水预测分析，解决了隧道施工前因采集的突水勘测数据不准确和存在误差而使得突水预测不准确的问题，通过勘测分析模块对整体隧道的突水情况的预测分析结果来对局部的突水的状况进行分析，解决了由于地理环境的复杂而带来的采集数据不全的误差，实时校验模块通过对划分的得到的施工路段的突水勘测信息进行分析校验，使得整体突水预测时误差减小，解决了在实际的隧道施工过程中突水带来的安全问题，降低了隧道施工过程中的施工成本。
附图说明
图1为本系统的整体模块图；
图2为本系统的整体流程图；
图3为本系统的勘测分析模块的模块图；
图4为本系统的施工前分析模块的流程图；
图5为本系统的实时校验模块的流程图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图5对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
一种隧道突水灾害监测管理系统，包括数据采集模块、勘测分析模块、云存储模块、中心控制模块、实时监督模块、实时校验模块，在隧道施工过程中，突水灾害是影响施工的一个重要方面，为了保证施工的安全性和施工成本，对隧道的涌突水灾害的防治至关重要，隧道内出现涌突水灾害的影响因素有很多，根据不同的突水方式及岩溶状态，提出针对性的处理措施，突水突泥过程中的，由于夹带大量的泥沙，随着隧道的开挖，使得地下水排泄有了新通道，破坏了原有的补径，加速了径流的循环，同时加速了地下水对岩体的改造作用，所以以地质调查为主、物探方法为辅的突水预测方法可以有效降低突水的灾害，在隧道勘察和设计阶段评价在岩溶隧道施工工程中是否存在涌突水风险，涌突水对隧道的危害程度如何是对隧道施工建设具有中大意义，突水的勘测数据的准确性和是否全面对突水的预测也有很大的影响，数据采集模块对隧道的施工前阶段、施工中阶段和施工后阶段的三个阶段的突水勘测数据进行采集，并将突水勘测数据发送至云存储模块进行存储，隧道施工前的设计阶段，通过数据采集模块对突水进行地质勘测，但是由于地理环境的复杂，存在勘测数据不全的问题，勘测数据的采集点是不均匀分布，突水勘测数据会直接降低突水预测的准确性，勘测分析模块根据突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，实时校验模块根据预测分析结果和实际施工中产生的突水勘测数据对未施工的施工路段进行突水校验，中心控制模块是隧道施工的管理中心，可以对隧道施工中的所有模块进行控制，勘测分析模块包括施工前分析模块、施工分析模块、运营分析模块，实时监督模块是隧道施工过程中的应急管理模块；
系统管理过程具体如下：
1)、数据采集模块是对隧道施工的施工前阶段、施工阶段和施工后阶段的数据进行采集，在施工前隧道的设计阶段，对隧道内的地理地质环境进行勘测得到突水勘测数据，在施工阶段，数据采集模块对施工中产生的与突水有关的突水数据进行采集，数据采集模块对突水勘测数据进行采集，并将采集的突水勘测数据发送至于云存储模块，云存储模块对突水勘测数据分类存储，云存储模块对整个系统中产生的数据信息进行存储；
2)、所述勘测分析模块对隧道施工过程中的突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，根据隧道施工进度和预测分析的突水勘测数据的不同，预测分析结果将发生动态变化，勘测分析模块将第一次预测分析结果发送至实时校验模块，实时校验模块根据接收的预测分析结果和施工过程中产生的突水勘测数据进行实时校验得到决策变量，并将决策变量发送回勘测分析模块，勘测分析模块在突水预测分析过程中将勘测误差考虑在内，并对隧道施工过程中的突水进行动态预测，勘测分析模块可以对整个隧道施工中的所有施工路段的勘测阶段数据进行分析，具体的分析过程如下：
步骤一、由于隧道的勘测环境和勘测难度不同，使得得到的突水勘测数据的准确性也不相同，例如隧道的一个路段需要穿过一座山，需要对山的地质环境进行勘测，在勘测中会借助勘测工具，由于山的地理环境比较复杂，使得勘测人员不会对每一个都勘测，导致勘测的数据就会存在缺失和误差，所述施工前分析模块根据隧道施工的勘测环境的复杂程度和计划工程进度信息对整个隧道的施工的路段进行划分，将整个隧道施工路线划分为n个施工路段，施工人员再以每一施工路段为基本单位进行施工，计划工程进度信息与整个工程建设的工程造价和竞标信息有关，并且考虑到了施工中的人力、物力和时间要求，具体过程如下：
在隧道施工前的施工前阶段，在隧道开挖前会对隧道的进行全面的勘测，勘测的采集点的分布与施工的难易程度也有关系，数采集模块对隧道沿线内不同的N个采集点进行突水地理环境勘测得到突水勘测数据，计算采集点的分布密集度E，计算方程如下：
Figure BDA0003360167540000081
Figure BDA0003360167540000082
Figure BDA0003360167540000083
其中，Pi(xi，yi，zi)，Pj(xj，yj，zj)表示的是三维空间内相邻的采集点i和j的采集坐标，N表示采集点的个数，dij表示的是两个采集点之间的距离，Hij表示的是每个样本采集点采集到的信息的信息熵，
Figure BDA0003360167540000084
表示的是采集点i和j之间的等级相关系数，相邻的采集点中等级相关系数相同时，计算对应的采集点分布密集度E，t表示的是计划工程进度信息中包括所有等级相关系数相同的施工路段的计划施工时间，s表示的是不同采集点之间的距离，根据计划工程进度信息中的计划施工量的最大值得到分布密集度的阈值，当根据E小于阈值时，E对应的隧道的路段为一个施工路段，当E大于阈值时，对应的隧道的路段为两个施工路段，根据分布密集度对隧道施工路线进行分类得到n个施工路段；
步骤二、综合的对突水勘测数据可以提高施工前的勘测的数据的准确性，可以在施工过程中避免突水突泥带来的灾害，通过对突水勘测数据的分析来对施工过程进行调整，以施工前采集的突水勘测数据为一个整体进行分析得到第一次预测分析结果，当施工完成第一个施工路段以后，产生了新的突水勘测数据，隧道开挖扰动和高渗压作用下围岩损伤的渗流灾变是诱发隧洞突水的重要因素，利用实际产生的突水的突水勘测数据对原先施工前的对应的施工路段的突水勘测数据进行替换，以替换后的突水勘测数据的整体为分析数据进行分析预测得到第二次预测分析结果，根据第二分析次分析预测的结果对下一个未施工的施工路段进行突水预测，一次循环，每施工完成一个施工路段，施工前分析模块都会进行一次突水预测分析，以此来降低突水灾害的影响，施工前分析模对整个隧道施工沿线的采集的突水勘测数据利用模糊数学综合分析模型进行分析得到第一次预测分析结果，并将第一次预测分析结果发送至实时校验模块、施工分析模块和云存储模块进行存储，施工前分析模块对隧道的整体进行突水预测，并得到对应每一个施工路段的突水预测结果，施工分析模块进行数据替换后，施工前分析模块再对数据替换的突水勘测数据进行突水预测得到对应的预测分析结果；
步骤三、第一个施工路段施工完成后产生包括突水数据的突水勘测数据，实时检验模块利用第一次预测分析结果和突水数据进行动态规划分析得到下一个未施工的施工路段对应的阶段预测值，根据突水数据选择状态变量并得到决策变量，状态转移方程如下：
Figure BDA0003360167540000091
其中，k表示的是隧道的施工阶段，vk表示的是根据突水数据和突水预测结果得到的状态变量，ε表示的是第k阶段对应的第一次突水预测结果的字阶段对应的vk与实际的突水数据对应的值v0 k之间的勘测误差，fk(vk)表示的是突水量的决策变量，hk(vk)表示承压函数，ck(vk)表示的综合影响参数值，分析方程如下：
Figure BDA0003360167540000092
其中，Xe＝(Xe1，Xe2，Xe3，...，XeP)τ是由突水的测量参数的组成的协变量，P表示是测量参数的个数，ck为相应变量，βe(Xe)是光滑函数，根据当前完工的施工路段对应的状态变量fk(vk)得到下一个未施工的施工路段的状态变量，并将得到得下一施工路段得状态变量发送至施工分析模块；
3)、施工分析模块对实际施工过程中产生的突水数据进行分析得到突水分析结果并发送至实时校验模块，施工分析模块利用实际施工过程中产生的突水数据和下一个未施工路段的阶段预测值替换突水勘测数据中对应施工路段的数据，施工前分析模块再对替换后得数据进行突水预测得到突水预测分析结果，中心控制模块可以根据突水预测分析结果对隧道施工过程进行调整。
所述勘测分析模块的施工前分析模块利用数学综合评价模型对突水勘测数据进行预测分析得到预测分析结果，在施工前是对施工前采集的突水勘测数据进行预测分析，每完成一个施工路段的施工，施工前分析模块对数据替换以后的突水勘测数据进行整体的预测分析，从岩石特征、地质构造、地下水的动力条件以及开挖隧道的特征对隧道突水采用模糊数学分层次构筑权重计算突水评价分值，根据不同的评价标准进行岩溶隧道突水危害程度分级，具体分析过程：
步骤1、施工前分析模块将突水勘测数据中所有的实际地质条件进行量化得到评价参量，突水勘测数据中包括降雨量参量，根据评价参量和降雨参量得到评价指标集合U＝{u1，u2，，u3，...，up}，p表示的是参量的个数；
步骤2、再对参量进行无量纲化处理得到模糊隶属函数，利用模糊隶属函数来确定各个因素的等级隶属度，并得到评判矩阵R；
步骤3、施工前分析模块利用灰色聚类方法来确定权重A，并结合评判矩阵R进行运算得到评判结果B＝A·R，权重值的计算公式如下：
Figure BDA0003360167540000101
其中，d表示的因素的个数，Wi表示第i个因素的权重，yi表示的第i个因素的测值，Sn表示的是评价指标集合对应的分界值；
将隧道内的涌突水灾害的风险性进行等级划分，模糊综合评价模型通过对突水勘测数据的预测分析得到整个隧道的预测分析结果，再根据n个施工路段将预测分析结果进行划分得到每一个施工方路段的预测分析结果。
所述数据采集模块对隧道施工的环境进行动态监测，隧道在施工过程中隧道施工化境改变，数据采集模块除了对隧道所处的实际地理环境进行监控外，还对隧道所处的天气数据进行采集，隧道施工带来的影响和外界环境带来的影响会使影响隧道涌突水的参量值发生改变。
所述中心控制模块是对隧道施工过程中的所有的子模块和阶段进行监控，中心控制模块根据突水预测结果对施工过程进行调整，对隧道施工前和施工中的动态环境进行分析，在隧道施工前中心控制模块通过对隧道的整体的设计数据进行分析得到计划工程进度信息，计划工程进度信息中包括隧道施工进度的规划和工程造价信息。
所述实时监督模块是对施工过程中涌突水的数据和施工数据进行监督，实时监督模块对施工过程中的突发状况进行监测，并将异常数据发送至勘测分析模块和中心控值模块进行分析的分析结果，施工人员根据数据分析的结果进行调整，以此来降低突水带来的安全灾害，所述施工分析模块利用对施工过程中的施工数据进行分析，施工数据中的突水勘测数据中包括突水数据，施工分析模块通过对施工数据的分析来得到实际的施工对产生涌突水的影响。
本发明具体使用时，系统主要包括数据采集模块、勘测分析模块、云存储模块、中心控制模块、实时监督模块、实时校验模块，数据采集模块对隧道的施工前阶段、施工中阶段和施工后阶段的三个阶段的突水勘测数据进行采集，并将突水勘测数据发送至云存储模块进行存储，勘测分析模块包括施工前分析模块、施工分析模块、运营分析模块，勘测分析模块根据突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，所述施工前分析模块利用模糊综合评价模型对整条隧道的突水勘测数据进行评价分析得到突水的预测分析结果，利用对数据的分析来降低涌突水的风险，提高隧道施工的安全性，同时施工前分析模块可以对采集点的位置信息进行分析，通过对采集点的研究来划分施工路段，再利用施工路段对应突水的预测分析结果得到每一个施工路段的突水的预测分析结果，实时校验模块在每一个施工路段施工完成后都会产生实际的和突水有关的突水勘测数据利用已经完工的施工路段的数据对待施工的施工路段进行动态规划产生下一施工路段的决策变量，施工分析模块利用已经发产生的突水勘测数据替换施工前勘测的突水勘测数据，在利用施工前分析模块对整条隧道进行突水勘测，每完成一个路段的施工，进行一次整体的突水分析，实时校验模块对不同的隧道的施工施工路段进行矫正，解决了因为突水勘测数据采集不全面而使得突水预测不准确的问题，从而提高隧道施工过程中的安全和施工成本，提高施工的安全性，加强隧道施工前对隧道的勘测的数据和分析的准确性，充分的利用数据分析来降低了突水带来的安全问题。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种隧道突水灾害监测管理系统，其特征在于，包括数据采集模块、勘测分析模块、云存储模块、中心控制模块、实时监督模块、实时校验模块，数据采集模块对隧道的施工前阶段、施工中阶段和施工后阶段的三个阶段的突水勘测数据进行采集，并将突水勘测数据发送至云存储模块进行存储，勘测分析模块根据突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，实时校验模块根据预测分析结果和实际施工中产生的突水勘测数据对未施工的施工路段进行突水校验，中心控制模块是隧道施工的管理中心，可以对隧道施工中的所有模块进行控制，勘测分析模块包括施工前分析模块、施工分析模块、运营分析模块，实时监督模块是隧道施工过程中的应急管理模块；
系统管理过程具体如下：
1)、数据采集模块对突水勘测数据进行采集，并将采集的突水勘测数据发送至于云存储模块，云存储模块对突水勘测数据分类存储；
2)、所述勘测分析模块对隧道施工过程中的突水勘测数据进行分析得到预测分析结果，根据隧道施工进度和预测分析的突水勘测数据的不同，预测分析结果将发生动态变化，勘测分析模块将第一次预测分析结果发送至实时校验模块，实时校验模块根据接收的预测分析结果和施工过程中产生的突水勘测数据进行实时校验得到决策变量，并将决策变量发送回勘测分析模块，勘测分析模块在突水预测分析过程中将勘测误差考虑在内，并对隧道施工过程中的突水进行动态预测，勘测分析模块可以对整个隧道施工中的所有施工路段的勘测阶段数据进行分析，具体的分析过程如下：
步骤一、所述施工前分析模块根据隧道施工的勘测环境的复杂程度和计划工程进度信息对整个隧道的施工的路段进行划分，将整个隧道施工路线划分为n个施工路段，施工人员再以每一施工路段为基本单位进行施工，具体过程如下：
在隧道施工前的施工前阶段，数采集模块对隧道沿线内不同的N个采集点进行突水地理环境勘测得到突水勘测数据，计算采集点的分布密集度E，计算方程如下：
Figure FDA0003360167530000011
Figure FDA0003360167530000021
Figure FDA0003360167530000022
其中，Pi(xi，yi，zi)，Pj(xj，yj，zj)表示的是三维空间内相邻的采集点i和j的采集坐标，N表示采集点的个数，dij表示的是两个采集点之间的距离，Hij表示的是每个样本采集点采集到的信息的信息熵，
Figure FDA0003360167530000023
表示的是采集点i和j之间的等级相关系数，相邻的采集点中等级相关系数相同时，计算对应的采集点分布密集度E，t表示的是计划工程进度信息中包括所有等级相关系数相同的施工路段的计划施工时间，s表示的是不同采集点之间的距离，根据计划工程进度信息中的计划施工量的最大值得到分布密集度的阈值，当根据E小于阈值时，E对应的隧道的路段为一个施工路段，当E大于阈值时，对应的隧道的路段为两个施工路段，根据分布密集度对隧道施工路线进行分类得到n个施工路段；
步骤二、施工前分析模对整个隧道施工沿线的采集的突水勘测数据利用模糊数学综合分析模型进行分析得到第一次预测分析结果，并将第一次预测分析结果发送至实时校验模块、施工分析模块和云存储模块进行存储，施工前分析模块对隧道的整体进行突水预测，并得到对应每一个施工路段的突水预测结果，施工分析模块进行数据替换后，施工前分析模块再对数据替换的突水勘测数据进行突水预测得到对应的预测分析结果；
步骤三、第一个施工路段施工完成后产生包括突水数据的突水勘测数据，实时检验模块利用第一次预测分析结果和突水数据进行动态规划分析得到下一个未施工的施工路段对应的阶段预测值，根据突水数据选择状态变量并得到决策变量，状态转移方程如下：
Figure FDA0003360167530000031
其中，k表示的是隧道的施工阶段，vk表示的是根据突水数据和突水预测结果得到的状态变量，ε表示的是第k阶段对应的第一次突水预测结果的字阶段对应的vk与实际的突水数据对应的值v0 k之间的勘测误差，fk(vk)表示的是突水量的决策变量，hk(vk)表示承压函数，ck(vk)表示的综合影响参数值，分析方程如下：
Figure FDA0003360167530000032
其中，Xe＝(Xe1，Xe2，Xe3，...，XeP)τ是由突水的测量参数的组成的协变量，P表示是测量参数的个数，ck为相应变量，βe(Xe)是光滑函数，根据当前完工的施工路段对应的状态变量fk(vk)得到下一个未施工的施工路段的状态变量，并将得到得下一施工路段得状态变量发送至施工分析模块；
3)、施工分析模块对实际施工过程中产生的突水数据进行分析得到突水分析结果并发送至实时校验模块，施工分析模块利用实际施工过程中产生的突水数据和下一个未施工路段的阶段预测值替换突水勘测数据中对应施工路段的数据，施工前分析模块再对替换后得数据进行突水预测得到突水预测分析结果，中心控制模块可以根据突水预测分析结果对隧道施工过程进行调整。
2.根据权利要求1所述的一种隧道突水灾害监测管理系统，其特征在于，所述勘测分析模块的施工前分析模块利用数学综合评价模型对突水勘测数据进行预测分析得到预测分析结果，在施工前是对施工前采集的突水勘测数据进行预测分析，每完成一个施工路段的施工，施工前分析模块对数据替换以后的突水勘测数据进行整体的预测分析，具体分析过程：
步骤1、施工前分析模块将突水勘测数据中所有的实际地质条件进行量化得到评价参量，突水勘测数据中包括降雨量参量，根据评价参量和降雨参量得到评价指标集合U＝{u1，u2，u3，...，up}，p表示的是参量的个数；
步骤2、再对参量进行无量纲化处理得到模糊隶属函数，利用模糊隶属函数来确定各个因素的等级隶属度，并得到评判矩阵R；
步骤3、施工前分析模块利用灰色聚类方法来确定权重A，并结合评判矩阵R进行运算得到评判结果B＝A·R，权重值的计算公式如下：
Figure FDA0003360167530000041
其中，d表示的因素的个数，Wi表示第i个因素的权重，yi表示的第i个因素的测值，Sn表示的是评价指标集合对应的分界值；
将隧道内的涌突水灾害的风险性进行等级划分，模糊综合评价模型通过对突水勘测数据的预测分析得到整个隧道的预测分析结果，再根据n个施工路段将预测分析结果进行划分得到每一个施工方路段的预测分析结果。
3.根据权利要求1所述的一种隧道突水灾害监测管理系统，其特征在于，所述数据采集模块对隧道施工的环境进行动态监测，隧道在施工过程中隧道施工化境改变，数据采集模块除了对隧道所处的实际地理环境进行监控外，还对隧道所处的天气数据进行采集，隧道施工带来的影响和外界环境带来的影响会使影响隧道涌突水的参量值发生改变。
4.根据权利要求1所述的一种隧道突水灾害监测管理系统，其特征在于，所述中心控制模块是对隧道施工过程中的所有的子模块和阶段进行监控，中心控制模块根据突水预测结果对施工过程进行调整，对隧道施工前和施工中的动态环境进行分析，在隧道施工前中心控制模块通过对隧道的整体的设计数据进行分析得到计划工程进度信息，计划工程进度信息中包括隧道施工进度的规划和工程造价信息。
5.根据权利要求1所述的一种隧道突水灾害监测管理系统，其特征在于，所述实时监督模块是对施工过程中涌突水的数据和施工数据进行监督，所述施工分析模块利用对施工过程中的施工数据进行分析，施工数据中的突水勘测数据中包括突水数据，施工分析模块通过对施工数据的分析来得到实际的施工对产生涌突水的影响。
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