CN115898542A - 一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，涉及隧道围岩监测技术领域；为了解决人工测量监测方法的不足；具体包括中央处理器、用于对每处测量点的围岩应变状态进行监控的位置监测单元、用于处理监测信息的数据分析单元、用于整理监测信息的存储单元，所述位置监测单元与数据分析单元通信连接；所述数据分析单元、位置监测单元、存储单元与中央处理器通信连接；所述位置监测单元由两个以上分设于监测隧道上每处测量点的监控模块组构成，每处测量点的监测间距为3‑10m本发明方便人们可以快速了解各测量点的应变差值变化，对隧道围岩变形进行实时动态监测预警，满足测试精度、测量数据实时性和连续性等要求。

Description

一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统

技术领域

本发明涉及隧道围岩监测技术领域，尤其涉及一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统。

背景技术

近些年来，随着我国经济建设和城市的快速发展，高速、高铁、地铁等基础设施建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进入了迅猛发展时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道穿越的土体工程地质及水文地质等条件复杂多变，既有隧道受地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳、自然灾害等影响，经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形等病害，如何对现役营运隧道或施工期隧道进行健康诊断和病害与灾害预防和控制就显得极为重要。

现有技术对于围岩变形的监测还停留在依靠人员现场监测阶段，检测方法通常为人工测量，采用的仪器为收敛计，在下穿段隧道施工期间人工携带检测仪器定期进入既有隧道内部进行测量，由于隧道围岩地质条件复杂，施工环境恶劣，因此人工测量监测方法具有一定的安全风险，并且人工测量在测量结果方面往往不能满足测试精度、测量数据实时性和连续性等要求。基于此，我们提出一种可以对隧道围岩变形进行实时动态监测预警系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，包括中央处理器、用于对每处测量点的围岩应变状态进行监控的位置监测单元、用于处理监测信息的数据分析单元、用于整理监测信息的存储单元，所述位置监测单元与数据分析单元通信连接；所述数据分析单元、位置监测单元、存储单元与中央处理器通信连接；

所述位置监测单元由两个以上分设于监测隧道上每处测量点的监控模块组构成，每处测量点的监测间距为3-10m；

所述数据分析单元由对位置监测单元传输信息进行分析的前处理块和用于根据分析结果进行相应处理的后处理块组成。

优选地：所述监控模块组包括用于对每处测量点上的监测点进行实时监测的监测设备、用于记录测量点位置的标记模块；

所述监测点的位置布局在测量点的拱顶、测量点等边位置的拱腰和拱脚，拱腰处的监测点数量为两个以上。

优选地：所述监测设备包括表面应变计、围岩收敛计、水准仪、全站仪、位移传感器、压力计、锚杆测力计、钢筋计、温度传感器和渗压计；

所述标记模块包括灯具、用于标记所监测隧道上每处测量点位置的定位器。

优选地：所述前处理块包括用于记录每处测量点监测初值的原始值记录模块、用于接收每处测量点监测现值的接收模块、用于将监测现值与监测初值相对比的差值比较模块。

优选地：所述后处理块包括用于对存在对比差值的测量点进行标记的突出显示模块、用于记录每处测量点所处位置影响因素的参考模块、用于对存在对比差值的测量点输入修正指令的介入模块、用于分析判断修正指令是否可实施的判断模块、用于对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示的警报模块。

优选地：所述判断模块的分析方法，包括以下内容：

A1：以存在对比差值的测量点所处位置影响因素为前提，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到模拟应变值；

A2：将修正指令输入运用至当前存在对比差值的测量点，与该测量点所处位置影响因素相结合，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到修正应变值；

A3：将修正应变值与模拟应变值相比较，若修正应变值＞模拟应变值，则判断不符合，反之，若修正应变值＜模拟应变值，则判断符合。

优选地：所述警报模块包括用于控制对应测量点灯具亮起的现场报警和用于对后台操作人员进行警示的后台报警。

优选地：所述存储单元包括用于记录单个隧道上所有测量点监测数据的存储模块、用于根据应变特征快速查找匹配测量点的参考查询模块、用于将处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合的归整模块、用于根据整合数据模拟生成代表每处测量点动态画面的画面构建模块、用于将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合的拼接模块。

优选地：所述测量点监测数据包括围岩应变情况、存在对比差值测量点的修正指令。

本发明的有益效果为：

1.本发明，在隧道内设置多个监控模块组，对所监测隧道上每处测量点拱顶的下沉、拱腰的净空收敛、围岩内部位移等情况进行多点监控，从而保证监测结果的全面性；位置监测单元将每处测量点实时监控的监测现值发送至数据分析单元，差值比较模块按照测量点将该处的监测现值与其监测初值相比较，进而可得到两者的对比差值，方便人们可以快速了解各测量点的应变差值变化，对隧道围岩变形进行实时动态监测预警，满足测试精度、测量数据实时性和连续性等要求。

2.本发明，通过前处理块和后处理块的相互协同工作，方便得到所监测隧道每处测量点的实时围岩应变状态分析结果，根据围岩变形掌握隧道结构的稳定性，及时了解隧道的变化情况，以此作为人们对下一步调整和修正当前隧道处理方法的依据。

3.本发明，突出显示模块对所监测隧道上存在对比差值的每处测量点进行标记，以便人们可以从前台快速得到存异测量点情况，警报模块对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示，人们可通过后台的介入模块对存在对比差值的测量点输入修正指令，实施前经判断模块判断该修正指令是否可运用至存在对比差值的测量点，以达到减小或改变该测量点应变情况的目的。

4.本发明，单个隧道上所有测量点监测数据等均存储至存储模块，以便后期遇到新的围岩应变情况时，可以经参考查询模块检索应变特征，进而得到最接近的测量点监测案例，以此作为新的隧道围岩应变施工的依据，缩短应对围岩应变的反应时间，降低新建隧道的安全隐患。

5.本发明，利用归整模块对处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合，画面构建模块根据每处测量点的监测数据信息生成对应的动态画面，拼接模块将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合，从而得到所监测隧道各测量点的动态监控演变画面，方便后续人们可以直观了解到不同监测隧道的应变及采取措施演示，可作为后期本领域人员进行参考学习使用。

附图说明

图1为本发明提出的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1：

一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，如图1所示，包括中央处理器、用于对每处测量点的围岩应变状态进行监控的位置监测单元、用于处理监测信息的数据分析单元、用于整理监测信息的存储单元；位置监测单元与数据分析单元通信连接，位置监测单元将所监测隧道的每处测量点的监测信息传输至数据分析单元进行分析处理；数据分析单元、位置监测单元、存储单元与中央处理器通信连接，通过中央处理器输入相应的修整指令措施，经数据分析单元进行分析实施可能性的大小；对隧道的监测信息以及修整指令等进发送至存储单元存储记录，以便人们查找。

优选的，所述围岩应变状态包括围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化、水压变化等内容。

所述位置监测单元由若干个分设于监测隧道上每处测量点的监控模块组构成，每处测量点上均设置有对应的监控模块组，以便得到各测量点的详细状态信息，监控模块组包括用于对每处测量点上的监测点进行实时监测的监测设备、用于记录测量点位置的标记模块。

优选的，所述监测点布局在测量点的拱顶、测量点等边位置的拱腰和拱脚等，优选的，拱腰处的监测点可以设置多个，以便获得关于当前监测隧道整个拱腰的更为详细监测信息；对所监测隧道上每处测量点拱顶的下沉、拱腰的净空收敛、围岩内部位移等情况进行多点监控，从而保证监测结果的全面性。

进一步优选的，所述监测设备包括表面应变计、围岩收敛计、水准仪、全站仪、位移传感器、压力计、锚杆测力计、钢筋计、温度传感器和渗压计等中的两种或多种组合；

再进一步优选的，所述标记模块包括用于起到提示及照明等作用的灯具、用于标记所监测隧道上每处测量点位置的定位器，方便人们快速锁定及达到事故测点。

优选的，每处测量点的监测间距为3-10m，在每隔3-10m处均设置一个监控模块组，用于准确得到当前测量点围岩的应变数据信息。

所述数据分析单元由对位置监测单元传输信息进行分析的前处理块和用于根据分析结果进行相应处理的后处理块组成；通过前处理块和后处理块的相互协同工作，方便得到所监测隧道每处测量点的实时围岩应变状态分析结果，了解隧道的变化情况，以此作为人们对下一步调整和修正当前隧道处理方法的依据。

进一步的，所述前处理块包括用于记录每处测量点监测初值的原始值记录模块、用于接收每处测量点监测现值的接收模块、用于将监测现值与监测初值相对比的差值比较模块；位置监测单元将每处测量点实时监控的监测现值发送至接收模块，差值比较模块按照测量点将该处的监测现值与其监测初值相比较，进而可得到两者的对比差值，以便人们可以快速了解各测量点的应变差值变化。

进一步的，所述后处理块包括用于对存在对比差值的测量点进行标记的突出显示模块、用于记录每处测量点所处位置影响因素的参考模块、用于对存在对比差值的测量点输入修正指令的介入模块、用于分析判断修正指令是否可实施的判断模块、用于对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示的警报模块；突出显示模块对所监测隧道上存在对比差值的每处测量点进行标记，以便人们可以从前台快速得到存异测量点情况，警报模块对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示，人们可通过后台的介入模块对存在对比差值的测量点输入修正指令，实施前经判断模块判断该修正指令是否可运用至存在对比差值的测量点，以达到减小或改变该测量点应变情况的目的。

进一步的，所述判断模块的分析方法，包括以下内容：

A1：以存在对比差值的测量点所处位置影响因素为前提，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到模拟应变值；

A2：将修正指令输入运用至当前存在对比差值的测量点，与该测量点所处位置影响因素相结合，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到修正应变值；

A3：将修正应变值与模拟应变值相比较，若修正应变值＞模拟应变值，则判断不符合，反之，若修正应变值＜模拟应变值，则判断符合。

优选的，标记的方式可为批注、颜色突出等，起到醒目的作用即可。

再进一步的，所述警报模块包括用于控制对应测量点灯具亮起的现场报警和用于对后台操作人员进行警示的后台报警。

所述存储单元包括用于记录单个隧道上所有测量点监测数据的存储模块、用于根据应变特征快速查找匹配测量点的参考查询模块；

优选的，所述测量点监测数据包括围岩应变情况、存在对比差值测量点的修正指令等。单个隧道上所有测量点监测数据等均存储至存储模块，以便后期遇到新的围岩应变情况时，可以经参考查询模块检索应变特征，进而得到最接近的测量点监测案例，以此作为新的隧道围岩应变施工的依据，缩短应对围岩应变的反应时间，降低新建隧道的安全隐患。

本实施例在使用时，位置监测单元对所监测隧道上每处测量点拱顶的下沉、拱腰的净空收敛、围岩内部位移等情况进行多点监控，并将所监测隧道的每处测量点的监测信息传输至数据分析单元进行分析处理，差值比较模块按照测量点将该处的监测现值与其监测初值相比较，进而可得到两者的对比差值，突出显示模块对所监测隧道上存在对比差值的每处测量点进行标记，以便人们可以从前台快速得到存异测量点情况，警报模块对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示，人们可通过后台的介入模块对存在对比差值的测量点输入修正指令，实施前经判断模块判断该修正指令是否可运用至存在对比差值的测量点，以达到减小或改变该测量点应变情况的目的。

单个隧道上所有测量点监测数据等均存储至存储模块，以便后期遇到新的围岩应变情况时，可以经参考查询模块检索应变特征，进而得到最接近的测量点监测案例，以此作为新的隧道围岩应变施工的依据，缩短应对围岩应变的反应时间。

实施例2：

一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，如图1所示，为了方便人们更为直观的了解到典型围岩应变的演变情况；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述存储单元还包括用于将处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合的归整模块、用于根据整合数据模拟生成代表每处测量点动态画面的画面构建模块、用于将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合的拼接模块；利用归整模块对处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合，画面构建模块根据每处测量点的监测数据信息生成对应的动态画面，拼接模块将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合，从而得到所监测隧道各测量点的动态监控演变画面，方便后续人们可以直观了解到不同监测隧道的应变及采取措施演示，可作为后期本领域人员进行参考学习使用。

优选的，本系统可运用至单个隧道或呈品型隧道的监控，不但可以获得单个隧道的监测数据，还可以将品型隧道的监测数据进行归纳结合。

本实施例在使用时，位置监测单元对所监测隧道上每处测量点拱顶的下沉、拱腰的净空收敛、围岩内部位移等情况进行多点监控，并将所监测隧道的每处测量点的监测信息传输至数据分析单元进行分析处理，差值比较模块按照测量点将该处的监测现值与其监测初值相比较，进而可得到两者的对比差值，突出显示模块对所监测隧道上存在对比差值的每处测量点进行标记，以便人们可以从前台快速得到存异测量点情况，警报模块对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示，人们可通过后台的介入模块对存在对比差值的测量点输入修正指令，实施前经判断模块判断该修正指令是否可运用至存在对比差值的测量点，以达到减小或改变该测量点应变情况的目的。

单个隧道上所有测量点监测数据等均存储至存储模块，以便后期遇到新的围岩应变情况时，可以经参考查询模块检索应变特征，进而得到最接近的测量点监测案例，以此作为新的隧道围岩应变施工的依据，缩短应对围岩应变的反应时间。而且利用归整模块对处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合，画面构建模块根据每处测量点的监测数据信息生成对应的动态画面，拼接模块将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合，从而得到所监测隧道各测量点的动态监控演变画面，方便后续人们可以直观了解到不同监测隧道的应变及采取措施演示，可作为后期本领域人员进行参考学习使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，包括中央处理器、用于对每处测量点的围岩应变状态进行监控的位置监测单元、用于处理监测信息的数据分析单元、用于整理监测信息的存储单元，其特征在于，所述位置监测单元与数据分析单元通信连接；所述数据分析单元、位置监测单元、存储单元与中央处理器通信连接；

所述位置监测单元由两个以上分设于监测隧道上每处测量点的监控模块组构成，每处测量点的监测间距为3-10m；

所述数据分析单元由对位置监测单元传输信息进行分析的前处理块和用于根据分析结果进行相应处理的后处理块组成。

2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述监控模块组包括用于对每处测量点上的监测点进行实时监测的监测设备、用于记录测量点位置的标记模块；

所述监测点的位置布局在测量点的拱顶、测量点等边位置的拱腰和拱脚，拱腰处的监测点数量为两个以上。

3.根据权利要求2所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述监测设备包括表面应变计、围岩收敛计、水准仪、全站仪、位移传感器、压力计、锚杆测力计、钢筋计、温度传感器和渗压计；

所述标记模块包括灯具、用于标记所监测隧道上每处测量点位置的定位器。

4.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述前处理块包括用于记录每处测量点监测初值的原始值记录模块、用于接收每处测量点监测现值的接收模块、用于将监测现值与监测初值相对比的差值比较模块。

5.根据权利要求4所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述后处理块包括用于对存在对比差值的测量点进行标记的突出显示模块、用于记录每处测量点所处位置影响因素的参考模块、用于对存在对比差值的测量点输入修正指令的介入模块、用于分析判断修正指令是否可实施的判断模块、用于对对比差值高于设定阈值范围的测量点进行提示的警报模块。

6.根据权利要求5所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述判断模块的分析方法，包括以下内容：

A1：以存在对比差值的测量点所处位置影响因素为前提，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到模拟应变值；

A2：将修正指令输入运用至当前存在对比差值的测量点，与该测量点所处位置影响因素相结合，自动模拟演示设定时间内该测量点的应变情况，得到修正应变值；

A3：将修正应变值与模拟应变值相比较，若修正应变值＞模拟应变值，则判断不符合，反之，若修正应变值＜模拟应变值，则判断符合。

7.根据权利要求6所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述警报模块包括用于控制对应测量点灯具亮起的现场报警和用于对后台操作人员进行警示的后台报警。

8.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述存储单元包括用于记录单个隧道上所有测量点监测数据的存储模块、用于根据应变特征快速查找匹配测量点的参考查询模块、用于将处于监控时间段内的每处测量点监测数据进行整合的归整模块、用于根据整合数据模拟生成代表每处测量点动态画面的画面构建模块、用于将所监测隧道各测量点的动态画面进行拼合的拼接模块。

9.根据权利要求8所述的一种隧道围岩变形实时动态监测预警系统，其特征在于，所述测量点监测数据包括围岩应变情况、存在对比差值测量点的修正指令。

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