CN202970793U

CN202970793U - 隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施

Info

Publication number: CN202970793U
Application number: CN 201220596416
Authority: CN
Inventors: 唐述林
Original assignee: China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Current assignee: China Railway 21st Bureau Group Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-11-13

Abstract

隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，包括数个双轴倾角传感器、依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接；还包括声光报警器，声光报警器一端与双轴倾角传感器有线连接、另一端与自动化数据采集仪有线连接。双轴倾角传感器采集隧道支护体变形实时数据，传输到远程计算机分析后送至相关人员手机；同时，预警信息还回传到安装在施工现场作业面的声光报警器进行声、光报警。

Description

隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施

技术领域

本实用新型属于隧道以及地下工程施工领域，用于隧道初级支护稳定性安全预警；具体涉及隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施。

背景技术

铁路、公路隧道以及地下工程施工安全控制始终是个难题。隧道施工中初级支护变形破坏时有发生，对施工人员的生命安全构成了威胁。因此开展隧道初级支护稳定性安全预警方面的技术研究具有十分重要的工程意义。

国内外在隧道初级支护体变形稳定性安全预警研究方面尚少，截至目前，尚未见集隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台于一体的隧道初级支护体变形稳定性三维数字安全预警的文献报道。申请号为201220438464.7的中国实用新型专利申请，请求保护的是隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警设施，未涉及将支护体变形稳定性的预警信息对施工现场进行报警。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施；使用本实用新型能够实时连续监测隧道初级支护稳定性，将隧道初级支护体变形数据实时连续传输到远程监测主机，对隧道支护结构的变形稳定性进行分级预警，预警信息不仅传输给相关管理人员的手机，还能发往施工现场进行声光报警。

本实用新型解决上述技术问题采取的技术方案是：一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，包括数个双轴倾角传感器、依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与多个手机无线信号通讯连接；其特征在于：还包括声光报警器，声光报警器一端与双轴倾角传感器有线连接、另一端与自动化数据采集仪有线连接。

施工时，依据隧道施工现场情况，在隧道特定断面设置数个双轴倾角传感器。

本实用新型提供了一种将基于双轴倾角传感器的隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警与隧道施工过程相结合的技术。本实用新型基于隧道施工区域地质勘察资料与FLAC^3D技术建立施工区域隧道开挖支护体三维应变数值模型，并基于差异进化法建立智能位移反分析模型以及基于VTK商业软件系统建立三维可视化安全预警平台；基于双轴倾角传感器采集隧道支护体变形实时监测数据，并将实时监测数据传输到用户计算机，由隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型将得到的实测位移数据，进行差异进化法位移正、反分析，通过可视化安全预警平台进行展现；并将实测位移值与正、反分析得到的初级支护体变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的变形稳定性进行分级预警，预警信息通过与计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至现场施工与地面管理相关人员的手机，完成隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警；使施工管理相关人员根据预警信息及时采取预防措施。同时，预警信息还通过可视化安全预警平台回传到安装在施工现场作业面的声光报警器进行声、光报警，使施工现场的作业人员及时采取相关措施；进一步提高施工安全性。

附图说明

图1是隧道内双轴倾角传感、声光报警器以及自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪布置纵断面图；

图2是隧道内双轴倾角传感器与声光报警器布置横断面图；

图3是本实用新型的结构、数据采集传输与数据回传的示意图。

图中：1—双轴倾角传感器，2—自动化数据采集仪，3—GPRS静态数据采集仪，4—二衬区间，5—掌子面，6—钢拱架，7—隧道围岩临空面，8—商用卫星，9—通信发射基站，10—互联网，11—远程计算机，12—F2003GSMDTU短信模块，13—手机，14—通信接受基站，15—声光报警器。

具体实施方式

如图1与图3所示：一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，包括数个通过测杆连接的双轴倾角传感器1，依次连接的自动化数据采集仪2、GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站9、商用卫星8、通信接收基站14、互联网10及远程计算机11；还包括声光报警器，数个通过测杆连接的双轴倾角传感器1有线串接在一个双轴倾角传感器输出端；即数个双轴倾角传感器1串接在一根线上；该线作为双轴倾角传感器1输出端，双轴倾角传感器1输出端与声光报警器15有线连接，声光报警器15另一端与自动化数据采集仪2有线连接，自动化数据采集仪2另一端无线连接GPRS静态数据采集仪3，GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站9、商用卫星8、通信接收基站14与互联网10之间依次无线信号通讯连接，互联网10与远程计算机11连接，远程计算机11连接有F2003GSMDTU短信模块12，F2003GSMDTU短信模块12与多个手机13无线信号通讯连接。声光报警器15采用ADS-R3串口塔式LED声光报警器，由深圳市艾德斯科技有限公司提供。

将数个双轴倾角传感器1串接在一根线上；该线作为双轴倾角传感器输出端与声光报警器15有线连接，能够减少双轴倾角传感器1与声光报警器15连接线的数量。

隧道施工过程中，通常包括二衬区间4与掌子面5，隧道围岩临空面7的下面设置钢拱架6。图1示出了双轴倾角传感器1等的布设情况；在隧道二衬区间4的同一断面设数个置双轴倾角传感器1，二衬区间4还设置有声光报警器15、自动化数据采集仪2和GPRS静态数据采集仪3。

图2示出了双轴倾角传感器1与声光报警器15在隧道横断面的布设方式。

远程计算机11建立有隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台。三维应变数值模型的建立是基于 FLAC^3D软件以及隧道围岩应变参数；智能位移反分析模型基于差异进化算法；三维可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统。

本实用新型的实施应用方法大致如下：

（1）选择一隧道作为隧道施工三维数字安全预警设施实施的对象；收集该隧道施工区域围岩工程地质勘察资料，室内、外测试数据，收集隧道设计参数信息资料；

（2）以步骤（1）所得工程地质勘察资料、测试数据以及隧道设计参数信息资料为依据，建立预警设施实施对象区域隧道开挖支护体三维应变数值模型；三维应变数值模型的建立是基于 FLAC^3D软件以及隧道围岩压缩模量、泊松比、弹性模量、隧道支护体力学参数等参数；

（3）基于差异进化算法建立智能位移反分析模型；基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统建立可视化安全预警平台；

（4）隧道施工中，根据初级支护结构选择适当的断面和初期支护同步布设数个双轴倾角传感器1，设置声光报警器15、自动化数据采集仪2与GPRS静态数据采集仪3；双轴倾角传感器1采集隧道支护体变形实时监测数据，并将实时监测数据通过自动化数据采集仪2发送至GPRS静态数据采集仪2，再通过GPRS静态数据采集仪3附近通信发射基站9发至商用卫星8，之后传输到通信接收基站14，并进入互联网10传输到用户的远程计算机11，调用隧道开挖支护体三维应变数值模型、隧道初级支护体智能位移反分析模型；

（5）由隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型将得到的实测变形数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测位移值与正、反分析得到的初级支护体变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的变形稳定性进行分级预警，预警信息通过互联网10、通信接受基站14、商用卫星8、通信发射基站9、GPRS静态数据采集仪3及自动化数据采集仪2回传到安装在隧道作业面的声光报警器15进行声、光报警，声光报警器15的绿色、黄色以及红色灯光分别进行三级、二级以及一级报警；同时，预警信息通过与计算机11连接的F2003GSMDTU短信模块12，以手机短信方式发送至现场施工管理与地面管理相关人员的手机13；完成隧道初级支护体变形稳定性远程与施工作业现场三维数字预警。

Claims

1.一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，包括数个双轴倾角传感器、依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与多个手机无线信号通讯连接；其特征在于：还包括声光报警器，声光报警器一端与双轴倾角传感器有线连接、另一端与自动化数据采集仪有线连接。

2.如权利要求1所述的一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，其特征在于：数个双轴倾角传感器之间通过测杆连接并有线串接在一个双轴倾角传感器输出端，一个双轴倾角传感器输出端与声光报警器连接。

3.如权利要求1或2所述的一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，其特征在于：数个双轴倾角传感器设置在隧道二衬区间的同一断面上。

4.如权利要求3所述的一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警设施，其特征在于：声光报警器、自动化数据采集仪和GPRS静态数据采集仪设置在隧道二衬区间。