CN114446014B - 一种公路隧道地震预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路隧道地震预警方法及系统，已解决现有的公路隧道工程中缺少地震预警的问题。其中，预警方法包括以下步骤：根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型；获取发震信息，并结合所述隧道三维模型进行地震预演；对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级；根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号以使预设于公路隧道中的预警设备发出预警信息。本发明能够在地震来临之前进行隧道的地震预演，通过输出不同的预警信号为隧道内的人员疏散提供指导，降低震灾伤亡，降低事故发生概率。

Description

一种公路隧道地震预警方法及系统

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体而言，涉及一种公路隧道地震预警方法及系统。

背景技术

我国西南、西北、华北以及东南沿海地区地震活动频繁，断裂带分布广阔，大量案例证明，由于隧道对地层振动具有依赖性和追随性，隧道在强震作用下会产生严重破坏，在中小震下也可能出现开裂和不同程度的破坏。作为公路这一生命线工程的关键控制性工程，隧道在地震时若能进行及时预警，对于隧道内外行车与人员的安全防护以及后期抢险救灾工作都有着举足轻重的作用。

在我国多年隧道抗震技术的研究过程中，重点致力于隧道抗震设计的方法与隧道减震的措施的研究，而在隧道地震预警上的工作还鲜有研究。

发明内容

本发明针对现有技术中还没有将地震预警应用于隧道中的问题，提供一种公路隧道地震预警方法及系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种公路隧道地震预警方法，包括以下步骤：

根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型；

获取发震信息，并结合所述隧道三维模型进行地震预演；

对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级；

根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号以使预设于公路隧道中的预警设备发出预警信息。

优选的，在构建隧道三维模型之前，还包括以下步骤：

获取公路隧道拱顶的实时结构参数；

将所述实时结构参数更新于所述隧道数据库中。

优选的，所述垮塌评级包括第一级、第二级和第三级；

所述第一级被定义为隧道三维模型的结构出现变形；

所述第二级被定义为隧道三维模型的结构出现裂缝；

所述第三级被定义为隧道三维模型的结构出现垮塌。

优选的，若存在第三级的垮塌评级，在地震结束后，还包括以下步骤：

获取公路隧道的实时结构参数；

结合所述实时结构参数以及所述隧道数据库构建隧道副数据库；

根据所述隧道副数据库构建震后隧道三维模型。

优选的，所述预警信号包括声预警信号以及光预警信号。

优选的，当垮塌评级存在多个时，为垮塌程度最大的垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号，为其余垮塌评级输出光预警信号。

优选的，当垮塌评级存在多个时，还包括以下步骤：

获取公路隧道中的人体检测信号；

结合隧道三维模型判断人体所处隧道分段的垮塌评级；

当所述垮塌评级对应的垮塌程度最大时，为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号；

当所述垮塌评级对应的垮塌程度非最大时，判断该垮塌评级对应的隧道分段与隧道洞口之间是否存在破坏程度更大的垮塌评级，若存在，则为该垮塌评级输出光预警信号，若不存在，则为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号。

一种公路隧道地震预警系统，用于实现上述的公路隧道地震预警方法，包括：

处理器，所述处理器被配置为：根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型，获取发震信息，结合发震信息和所述隧道三维模型进行地震预演，对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级，根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号；

与所述处理器连接的避险提示装置，用于安装于公路隧道中，所述避险提示装置被配置为响应于所述预警信号并输出预警信息。

优选的，还包括与所述处理器通信连接的检测装置，所述检测装置包括若干结构参数传感器和若干人体传感器；

所述结构参数传感器用于预埋于公路隧道中，若干所述结构参数传感器沿公路隧道的延伸方向间隔排布；

所述人体传感器用于安装于公路隧道的壁面，若干所述人体传感器沿公路隧道的延伸方向间隔排布。

优选的，所述避险提示装置包括语音播报装置、警示灯以及显示器；

若干所述语音播报装置用于沿公路隧道的延伸方向间隔设置于公路隧道中，所述语音播报装置还用于设置于公路隧道的洞口处；

所述警示灯用于安装于公路隧道的壁面，若干所述警示灯沿公路隧道的延伸方向间隔排布；

所述显示器用于安装于公路隧道的拱顶，若干所述显示器沿公路隧道的延伸方向间隔排布。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种公路隧道地震预警方法，根据隧道数据库建立公路隧道三维模型，再结合实时的发震信息进行公路隧道的地震预演，能够基本准确预测实际公路隧道在即将到来的地震环境下的损坏程度，并根据不同的损坏程度对隧道进行分段并输出相应的预警信号，从而可使实际的公路隧道内的预警设备输出不同的预警信息，有利于人员的安全疏散。

2、本发明提供的一种公路隧道地震预警系统，能够以公路隧道地震预警方法实现隧道中的地震预测，并能够根据不同的预警信号输出不同的预警信息，从而能够为隧道内的人员逃生、疏散作出指导，减少事故伤亡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的公路隧道地震预警方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的震后隧道三维模型构建流程示意图。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“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，而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保护范围的限制。

实施例

一种公路隧道地震预警方法，包括以下步骤：

S1.根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型。

其中，隧道数据库是在隧道建设过程中根据施工图纸、施工工艺以及竣工后的隧道结构参数录入的一系列数据，其包括隧道施工过程中所用的材料种类、材料比例，结构成型后的密度、弹性模量、隧道尺寸等数据。

当公路隧道为地上隧道时，隧道数据库还包括山体的地质数据；当公路隧道为地下隧道时，隧道数据库还包括地面的地质数据。

可理解的是，本实施例中的隧道三维模型是以隧道数据库为基础进行构建，而隧道数据库中的数据又是根据施工图纸、施工工艺以及竣工后的隧道结构参数为依据，从而使得构建而成的隧道三维模型与真实的公路隧道之间在结构力学性能上差异更小，从而能够使后续的分析或处理结果更加可靠。

S2.获取发震信息，并结合所述隧道三维模型进行地震预演。

具体的，隧道三维模型可以通过Madagascar软件进行构建，隧道三维模型应包括隧道本身的结构，还包括山体或地面的地质结构。在Madagascar软件内完成隧道三维模型的建立后，将发震信息作为隧道三维模型的输入进行地震预演，模拟公路隧道在地震环境下的结构状态改变。

其中，发震信息可通过距震中最近的观测台捕获获得，发震信息应包括地震波数据。

S3.对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级。

地震预演结束后，隧道三维模型中可能存在不同的破坏程度，这也意味着公路隧道在遭受即将来临的地震时，可能存在危险区域、低位区域和安全区域，这主要是由于隧道所处的地势、山体结构或地面结构等因素的影响，并且全段隧道的施工过程中，各段隧道的施工工艺并不完全相同，地震的震级过于强烈时，公路隧道的各个分段被破坏的程度就可能不同。

在一实施例中，根据隧道三维模型结构的裂损程度来进行垮塌评级。当隧道三维模型中的隧道结构出现变形而未出现裂缝时，将出现变形的连续分段评价为第一级；当隧道三维模型中的隧道结构出现裂缝而未出现局部掉落时，将出现裂缝的连续分段评价为第二级；当隧道三维模型中的隧道结构出现局部掉落时，将出现掉落情况的连续分段评价为第三级。

可理解的是，第一级分段、第二级分段和第三级分段可能存在交替出现的情况，故而在地震预演的结果中，第一级分段、第二级分段和第三级分段分别可以是多个。

需要说明的是，本实施例中，当隧道三维模型在地震预演前后结构未发生改变时，应评价为第一级，此时变形量为0。

需要说明的是，当裂缝较大时，隧道结构局部掉落概率大大增加，其危险系数过高，为了降低真实的疏散环境中意外发生的概率，当裂缝的宽度大于10cm时则认为隧道结构出现了局部掉落。

承上述，根据地势、地质、隧道结构、隧道施工工艺的不同，同样的裂缝宽度所引起的危险因素有所不同，故在不同的应用环境、不同的施工环境下，对于第二级以及第三级的判定标准可根据设计人员的实际经验做出相应的调整。

S4.根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号以使预设于公路隧道中的预警设备发出预警信息。

具体而言，预警设备可采用警示灯、显示器或语音播报装置等能够使人体获得预警信息的装置或器件。

例如当垮塌评级为第一级时，可通过警示灯提供绿色的可见光，并通过语音播报装置提示工作人员或通行人员震况安全，请有序离开隧道的声信息，同时通过显示器提供路况安全等字样的文字信息；当垮塌评级为第二级时，可通过警示灯提供黄色的可见光，并通过语音播报装置提示工作人员或通行人员震感较强，请尽快离开隧道的声信息，同时通过显示器提供路况稍差，请尽快离开隧道等字样的文字信息；当垮塌评级为第三级时，可通过警示灯提供黄色的可见光，并通过语音播报装置提示工作人员或通行人员隧道内危险，请立即离开隧道的声信息，同时通过显示器提供路况不适宜再通行，请立即离开隧道等字样的文字信息。

在地震来临前，还可通过语音播报装置进行地震到达时间的广播。

在隧道建设阶段或隧道运营阶段，隧道拱顶的结构可能在岩土的长期压迫下发生一定的蠕变，从而使得隧道拱顶的结构性能发生一定的改变，为了保证隧道三维模型与实际的公路隧道的结构力学性能的一致性，在一实施例中，在构建隧道三维模型之前，还包括以下步骤：

S11.获取隧道的实时结构参数；

S12.将所述实时结构参数更新于所述隧道数据库中。

在构建三维模型之前，将实际的隧道数据更新至隧道数据库中，可进一步提高构建成的三维模型与实际的公路隧道的结构一致性，从而可提高地震预演结果的准确性。

所述的结构参数应包括拱顶的尺寸、拱顶成型后的材料密度。

所述的结构参数可以通过预埋与隧道内的岩土传感器、加速度传感器、拉应力传感器等测得。

当地震的震级过高，且地震预演的过程中出现第三级的垮塌评级时，在地震结束后，还包括以下步骤：

S21.获取公路隧道的实时结构参数；

S22.结合所述实时结构参数以及所述隧道数据库构建隧道副数据库；

S23.根据所述隧道副数据库构建震后隧道三维模型。

当出现第三级的垮塌评级时时，垮塌的拱顶便会在隧道内形成堵塞，前述提到，第三级所对应的隧道分段的数量可能是多个，无论是在隧道建设阶段亦或是隧道运营阶段，隧道中的工作人员或行人行车都可能恰好位于两个第三级所对应的隧道分段之间，此时便不能及时疏散，这就需要后期进行灾后抢险，通过震后隧道三维模型的构建，能够为抢险工作提供一定的指导，提高救灾成功率，减少灾害伤亡。

在一实施例中，当垮塌评级存在多个时，为垮塌程度最大的垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号，为其余垮塌评级输出光预警信号。

具体而言，若地震预演的过程中仅存在第一级的垮塌评级，响应于第一级的预警信号时输出声光信息；若地震预演的过程中存在第一级和第二级的垮塌评级，响应于第一级的预警信号时输出光信息，响应于第二级的预警信号时输出声光信息；若地震预演的过程中存在第一级、第二级和第三级的垮塌评级，响应于第一级的预警信号时输出光信息，响应于第二级的预警信号时输出光信息，响应于第三级的预警信号时输出声光信息。

当隧道出现不同程度的破坏时，并不能对应于每一种破坏均输出声光信息，例如当第一级和第三级同时存在时，此时若同时进行声信息的输出，便会造成预警信息混乱；当第一级和第三级同时存在时，第三级对应的隧道分段中没有工作人员或行人行车，此时并不需要紧急疏散，若同时进行声信息的输出，则可能造成疏散拥挤，导致事故发生率升高。

在一实施例中，当垮塌评级存在多个时，还包括以下步骤：

获取公路隧道中的人体检测信号；

结合隧道三维模型判断人体所处隧道分段的垮塌评级；

当所述垮塌评级对应的垮塌程度最大时，为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号；

当所述垮塌评级对应的垮塌程度非最大时，判断该垮塌评级对应的隧道分段与隧道洞口之间是否存在破坏程度更大的垮塌评级，若存在，则为该垮塌评级输出光预警信号，若不存在，则为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号。

无论是在施工阶段，还是运营阶段，当工作人员或行人距离洞口较近时，此时则可通过该洞口进行疏散，但是工作人员或行人所处的隧道分段对应的垮塌评级可能是第一级，而工作人员或行人与洞口之间还可能存在评价为第二级或第三级的分段，此时工作人员或行人所处的隧道分段便不再输出声信息，以防止声信息混乱；若工作人员或行人所处的隧道分段对应的垮塌评级为第二级，而工作人员或行人与洞口之间均为评价为第一级的分段，此时，尽管隧道内还存在评价为第三级的分段，依然为工作人员或行人所处的隧道分段输出声光信息。

如此设置，能够避免多个声信息混乱造成惊慌，保证疏散的有序性。

本发明还提供一种公路隧道地震预警系统，在该系统的一个实施例中，包括：

处理器，所述处理器被配置为：根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型，获取发震信息，结合发震信息和所述隧道三维模型进行地震预演，对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级，根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号；与所述处理器连接的避险提示装置，用于安装于公路隧道中，所述避险提示装置被配置为响应于所述预警信号并输出预警信息。

在一个实施例中，为了获取公路隧道的实时结构参数，还包括与所述处理器通信连接的检测装置，所述检测装置包括若干结构参数传感器和若干人体传感器；所述结构参数传感器用于预埋于公路隧道中，若干所述结构参数传感器沿公路隧道的延伸方向间隔排布；所述人体传感器用于安装于公路隧道的壁面，若干所述人体传感器沿公路隧道的延伸方向间隔排布。

作为避险提示装置的一个具体实施例，所述避险提示装置包括语音播报装置、警示灯以及显示器；若干所述语音播报装置用于沿公路隧道的延伸方向间隔设置于公路隧道中，所述语音播报装置还用于设置于公路隧道的洞口处；所述警示灯用于安装于公路隧道的壁面，若干所述警示灯沿公路隧道的延伸方向间隔排布；所述显示器用于安装于公路隧道的拱顶，若干所述显示器沿公路隧道的延伸方向间隔排布。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种公路隧道地震预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据预先建立的隧道数据库构建隧道三维模型；

获取发震信息，并结合所述隧道三维模型进行地震预演；

对垮塌程度相同的隧道三维模型连续分段进行垮塌评级；所述垮塌评级包括第一级、第二级和第三级；所述第一级被定义为隧道三维模型的结构出现变形；所述第二级被定义为隧道三维模型的结构出现裂缝；所述第三级被定义为隧道三维模型的结构出现垮塌；若存在第三级的垮塌评级，在地震结束后，还包括以下步骤：获取公路隧道的实时结构参数；结合所述实时结构参数以及所述隧道数据库构建隧道副数据库；根据所述隧道副数据库构建震后隧道三维模型；

根据不同的所述垮塌评级输出不同的预警信号以使预设于公路隧道中的预警设备发出预警信息；所述预警信号包括声预警信号以及光预警信号；当垮塌评级存在多个时，为垮塌程度最大的垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号，为其余垮塌评级输出光预警信号；

当工作人员或行人距离洞口较近时，还包括以下步骤：获取公路隧道中的人体检测信号；结合隧道三维模型判断人体所处隧道分段的垮塌评级；当所述垮塌评级对应的垮塌程度最大时，为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号；当所述垮塌评级对应的垮塌程度非最大时，判断该垮塌评级对应的隧道分段与隧道洞口之间是否存在破坏程度更大的垮塌评级，若存在，则为该垮塌评级输出光预警信号，若不存在，则为该垮塌评级输出声预警信号以及光预警信号。

2.根据权利要求1所述的公路隧道地震预警方法，其特征在于，在构建隧道三维模型之前，还包括以下步骤：

获取公路隧道拱顶的实时结构参数；

将所述实时结构参数更新于所述隧道数据库中。