CN206987892U - 一种用于监测隧道地质灾害的预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地下工程监测设备技术领域，具体涉及一种用于监测隧道地质灾害的预警装置，包括用于监测隧道地质变化情况的监测设备，以及用于接收监测设备所监测数据的信号处理器，该信号处理器连接有监测预警平台，并用于将所接收的监测数据传输至所述监测预警平台，该监测预警平台用于对监测数据分析处理，所述监测预警平台连接有用于发出预警信号的警报器，从而及时准确地发出预警信号，解决了依靠依靠人工采用定点、局部测量分析所存在的问题，实现了整个监测、预警过程的智能化，使预警更加及时、准确，从而得到对地质灾害或地质潜在灾害处理的最佳处理时机。

Description

一种用于监测隧道地质灾害的预警装置

技术领域

本实用新型涉及地下工程监测设备技术领域，特别是一种用于监测隧道地质灾害的预警装置。

背景技术

随着我国基础设施的不断完善，城市地铁建设也得到了大力发展，但是，也经常发生严重危害城市地铁隧道的灾害事件。城市地铁隧道主要加固工程结构包括衬砌、锚杆和钢筋网等，盾构开挖隧道由管片加固，虽然采取了加固措施，但由于受到地下水、土层应力等各方面不稳定因素的影响，城市地铁隧道经常出现变形、塌方、涌水等工程事故和地质灾害。伴随这些城市地铁隧道地质灾害的直接危害，造成了多种严重后果：⑴、破坏地下管线及周边环境、工程建筑；⑵、对道路交通及运输具有破坏性影响；⑶、给城市居民生命财产带来巨大损失；⑷、危害工程施工单位，给国家财产带来巨大损失；⑸、增大国家对工程建设、城镇迁址及移民的直接投入。

现有技术中，对于城市地铁隧道地质灾害监测主要采用常规变形监测设备及技术，其主要是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器来测定点的变形值。但是该技术由于作业工作量大、布点受地形条件影响等原因，很难实现自动化监测，也无法在车辆运行时进行实时监控。并且这些监测、测量通常只能提供局部和相对的变形信息，而无法提供准确的灾害预报；另外，常规的变形监测技术在采集数据后还需要人工处理数据，导致对监测、测量的分析结果进行反馈具有较长的滞后性，使得在监测测量后，城市地铁隧道即时存在严重的地质灾害前兆也无法及时反馈或预警。并且，由于人工处理做出报警后还需要层层审批，使得整个预警过程占用时间过长，应急反应速度滞后，会导致错过及时应对城市地铁隧道地质灾害预警的最佳时机。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术中采用定点、局部对隧道地质灾害进行监测，然后分析预警时，存在准确性差、预警不及时和工作量大的问题，提供一种用于监测隧道地质灾害的预警装置，该预警装置通过在隧道内布置监测设备和与监测设备连接的信号处理器，使监测设备监测到的数据及时通过信号处理器处理后传输至监测预警平台，利用监测预警平台的处理器对数据进行分析处理计算，从而及时准确地发出预警信号，解决了依靠依靠人工采用定点、局部测量分析所存在的问题，实现了整个监测、预警过程的智能化，使预警更加及时、准确，从而得到对地质灾害或地质潜在灾害处理的最佳处理时机。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于监测隧道地质灾害的预警装置，包括用于监测隧道地质变化情况的监测设备，以及用于接收监测设备所监测数据的信号处理器，该信号处理器连接有监测预警平台，并用于将所接收的监测数据传输至所述监测预警平台，该监测预警平台用于对监测数据分析处理，所述监测预警平台连接有用于发出预警信号的警报器。

采取上述方式，通过设置监测设备，并将监测设备所监测的数据通过信号处理器传输至监测预警平台进行分析处理，从而及时获得隧道地质变化的情况，当隧道地质的一项或多项指标超出设定预制时，监测预警平台立即生产预警指令，并向警报器发送预警信号，警报器报警，从而及时采用相关措施，应对隧道地质灾害。

该预警装置通过预先布置的监测设备来监测地质变化情况，并通过信号处理器进行信号处理和传输，使监测预警平台能根据接收到的信号及时进行处理、比对、分析，当隧道地质的相关指标超出设定的阈值时，自动发出警报，全部过程自动完成，实现了监测报警的系统化、自动化，而且监测准确，反应及时，能得到地质灾害预警的最佳时机，解决了传统测量预警方式所带来的反应迟钝、预警误差大、预警滞后等问题，节约了大量人力成本。

作为本实用新型的优选方案，所述监测设备包括图像监测设备、位移监测设备、应力监测设备和水位监测设备，所有监测设备均与信号处理器连接。

所述图像监测设备用于获取地铁隧道的图像，所述位移监测设备用于监测隧道的地表沉降和管片位移，所述应力监测设备用于监测管片的应力，所述水位监测设备用于监测隧道地下水位变化。

监测设备采用上述所述的多种设备，从多个角度来对地质变化情况进行监测，从而提高预警装置的监测准确性和全面性，使监测预警平台在发出更准确的预警指令，当监测设备中一种或多种监测设备所监测到的数据超过对应的设定值时，监测预警平台就及时、准确发出预警，从而及时采取相关信息。

并且，同时采取上述监测设备进行地质变化情况监测，克服了传统监测过程中只能提供定点和局部变化信息的问题，能进行整体、全方位分析，可以提供准确的灾害预报。

作为本实用新型的优选方案，所述图像监测设备为摄像机，该摄像机设置于距隧道底部2米以上的隧道管壁内壁上，所述摄像机的镜头正对隧道延伸方向。

图像监测设备采取这种布置方式，能获取准确的全景现场环境图像。

所述摄像机为具备自动跟踪技术的室外全景智能高速球摄像机。

采取上述方式，使预警平台对所拍摄的多幅图像之间的差异进行图形处理，并排除干扰隧道内的人员、天气因素等对图像的影响，从而确定隧道的形变数据。

作为本实用新型的优选方案，所述位移监测设备为多点式位移传感器，其沿隧道管片安装方向布置在隧道内部；

所述应力监测设备为应变计传感器，其设置在隧道管片上方的围岩中；

所述水位监测设备为水位传感器，其设置在隧道地层内。

多点式位移传感器布置在隧道内部，沿着隧道支护设置，并与管片之间相距一定距离，用于监测桩墙的推动位移距离、地层沉降量和隧道围岩的内部松动位移距离等。

应变计传感器设置在隧道的管片中，用于监测管片的应力，在实际应用时，根据具体情况布置应变计传感器，在多个管片上方的围岩中分别设置多个应变计传感器，从而获得更精确的围岩内部应力数据。

水位传感器设置在隧道围岩中，用于监测隧道地下水位变化。

作为本实用新型的优选方案，所述监测预警平台还连接有远程终端，该远程终端用于接收所述监测预警平台发出的预警指令。

所述远程终端与监测预警平台网络连接，通过网络将监测预警平台的预警指令发送到远程终端。

所述远程终端包括位于指定列表内的管理远程终端和隧道附近的相关移动终端，指定列表内的管理远程终端用户包括隧道管理人员、隧道安全维护人员和事故处理人员等，监测预警平台连接着这些远程终端，便于其及时采取预警处理措施；监测预警平台连接隧道附近的相关移动终端，使隧道附近的相关人员及时知道信息，马上撤离。

作为本实用新型的优选方案，远程终端包括安装在隧道内的远程监测设备，所述远程监测设备配置有摄像头。

所述远程监测设备接收到预警监测平台发送的预警指令时，进入工作状态，采集隧道内的图像信息，所述预警平台进一步根据摄像机或远程监测设备在第二时间段内所接收到的隧道图像信息，确定第二地质灾害的空间范围，当第二地质灾害空间范围与第一地质灾害空间范围之差大于设定阈值时，生成隧道地质灾害报警指令，确定发生地质灾害。

作为本实用新型的优选方案，多种所述监测设备均设有独立的UPS电源。从而实现24小时全天候地质灾害的数据采集。

作为本实用新型的优选方案，所述监测预警平台包括下位机、网络集线器和上位机，所述下位机与传感器信号处理器网络连接，并将所获取的监测数据通过网络集线器传输至上位机，所述上位机用于进行地质灾害预警分析。

所述上位机为安装有隧道地质变形预警监测软件的服务器，用于对接收到的信息进行处理，生成预警指令和处理指导指令等，并向报警器及远程终端输送信息。

作为本实用新型的优选方案，所述下位机为精简指令的嵌入式下位机，其结合有微处理器与数字信号处理器。

作为本实用新型的优选方案，在多个位置设置有所述警报器，包括隧道控制中心和离隧道安全距离的边界处。

通过设置在隧道控制中心，使预警监测平台发出的警报第一时间为管理人员所知晓，便于控制中心及时采取应急措施进行处理，同时设置在离隧道安全距离的边界处，使进入隧道危险区域的人员及时知道发生地质灾害的情况，方便及时撤离。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、该预警装置通过预先布置的监测设备来监测地质变化情况，并通过信号处理器进行信号处理和传输，使监测预警平台能根据接收到的信号及时进行处理、比对、分析，当隧道地质的相关指标超出设定的阈值时，自动发出警报，全部过程自动完成，实现了监测报警的系统化、自动化，而且监测准确，反应及时，能得到地质灾害预警的最佳时机，解决了传统测量预警方式所带来的反应迟钝、预警误差大、预警滞后等问题，节约了大量人力成本；

2、通过布置包括图像监测设备、位移监测设备、应力监测设备和水位监测设备在内的监测设备，从多个角度来对地质变化情况进行监测，从而提高预警装置的监测准确性和全面性，从而使监测预警平台在发出更准确的预警指令；

3、将监测预警平台与远程终端连接，远程终端包括位于指定列表内的远程终端和隧道附近的全部移动终端，指定列表内的远程终端用户包括隧道管理人员、隧道安全维护人员和事故处理人员等，监测预警平台连接着这些远程终端客户，便于其及时采取预警处理措施；监测预警平台连接隧道附近的全部移动终端，使隧道附近的相关人员及时知道信息，马上撤离；

4、每个监测设备都分别具有独立的UPS电源，实现24小时全天候地质灾害的数据采集。

附图说明

图1是实施例1中用于监测隧道地质灾害的预警装置的结构框架图。

图2为实施例2中用于监测隧道地质灾害的预警装置的结构框架图。

图中标记：1-图像监测设备，2-应力监测设备，3-位移监测设备，4-水位监测设备，5-管片，6-信号处理器，7-监测预警平台，8-警报器，9-围岩区。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，用于监测隧道地质灾害的预警装置，包括用于监测隧道地质变化情况的监测设备，以及用于接收监测设备所监测数据的信号处理器6，该信号处理器6连接有监测预警平台7，并用于将所接收的监测数据传输至所述监测预警平台7，该监测预警平台7用于对监测数据分析处理，所述监测预警平台7连接有用于发出预警信号的警报器8。

采取上述方式，通过设置监测设备，并将监测设备所监测的数据通过信号处理器传输至监测预警平台进行分析处理，从而及时获得隧道地质变化的情况，当隧道地质的一项或多项指标超出设定预制时，监测预警平台立即生产预警指令，并向警报器发送预警信号，警报器报警，从而及时采用相关措施，应对隧道地质灾害。

该预警装置通过预先布置的监测设备来监测地质变化情况，并通过信号处理器进行信号处理和传输，使监测预警平台能根据接收到的信号及时进行处理、比对、分析，当隧道地质的相关指标超出设定的阈值时，自动发出警报，全部过程自动完成，实现了监测报警的系统化、自动化，而且监测准确，反应及时，能得到地质灾害预警的最佳时机，解决了传统测量预警方式所带来的反应迟钝、预警误差大、预警滞后等问题，节约了大量人力成本。

作为其中一种优选的实施方式，所述监测设备包括图像监测设备1、位移监测设备3、应力监测设备2和水位监测设备4，所有监测设备均与信号处理器6连接。

所述图像监测设备1用于获取地铁隧道的图像，所述位移监测设备3用于监测隧道的地表沉降和管片位移，所述应力监测设备2用于监测管片的应力，所述水位监测设备4用于监测隧道地下水位变化。

监测设备采用上述所述的多种设备，从多个角度来对地质变化情况进行监测，从而提高预警装置的监测准确性和全面性，使监测预警平台在发出更准确的预警指令，当监测设备中一种或多种监测设备所监测到的数据超过对应的设定值时，监测预警平台就及时、准确发出预警，从而及时采取相关信息。

并且，同时采取上述监测设备进行地质变化情况监测，克服了传统监测过程中只能提供定点和局部变化信息的问题，能进行整体、全方位分析，可以提供准确的灾害预报。

作为其中的一种实施方式，所述图像监测设备1为摄像机，该摄像机设置于距隧道底部2米以上的隧道管壁内壁上，所述摄像机的镜头正对隧道延伸方向。

图像监测设备采取这种布置方式，能获取准确的全景现场环境图像。

所述摄像机为具备自动跟踪技术的室外全景智能高速球摄像机。

采取上述方式，使预警平台对所拍摄的多幅图像之间的差异进行图形处理，并排除干扰隧道内的人员、天气因素等对图像的影响，从而确定隧道的形变数据。

作为其中的一种实施方式，所述位移监测设备3为多点式位移传感器，其沿隧道管片5安装方向布置在隧道内部。

所述应力监测设备2为应变计传感器，其设置在隧道管片1上方的围岩区9中。

所述水位监测设备4为水位传感器，其设置在隧道地层内。

多点式位移传感器布置在隧道内部，沿着隧道支护设置，并与管片之间相距一定距离，用于监测桩墙的推动位移距离、地层沉降量和隧道围岩的内部松动位移距离等。

应变计传感器设置在隧道的管片中，用于监测管片的应力，在实际应用时，根据具体情况布置应变计传感器，在多个管片上方的围岩中分别设置多个应变计传感器，从而获得更精确的围岩内部应力数据。

水位传感器设置在隧道围岩中，用于监测隧道地下水位变化。

信号处理器6分别与图像监测设备1、位移监测设备3、应力监测设备2和水位监测设备4网络连接，通过网络的方式发送给监测预警平台。网络连接可以为有线或者无线通信连接形成的地质灾害专用局域网络，也可以为广域网。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：

如图2所示，所述监测预警平台还连接有远程终端，该远程终端用于接收所述监测预警平台发出的预警指令。

所述远程终端与监测预警平台网络连接，通过网络将监测预警平台的预警指令发送到远程终端。

所述远程终端包括位于指定列表内的管理远程终端和隧道附近的相关移动终端，指定列表内的管理远程终端用户包括隧道管理人员、隧道安全维护人员和事故处理人员等，监测预警平台连接着这些远程终端，便于其及时采取预警处理措施；监测预警平台连接隧道附近的相关移动终端，使隧道附近的相关人员及时知道信息，马上撤离。

管理远程终端上能通过对应的应用程序主动获取历史灾害数据以及应对措施，并且能根据管理员人员的操作向监测预警平台发送管理指令，能实时将可能发生的地质灾害情况通知给相关负责人员，从而可以及时采取应对措施。

作为其中一种优选的实施方式，远程终端包括安装在隧道内的远程监测设备，所述远程监测设备配置有摄像头。

所述远程监测设备接收到预警监测平台发送的预警指令时，进入工作状态，采集隧道内的图像信息，所述预警平台进一步根据摄像机或远程监测设备在第二时间段内所接收到的隧道图像信息，确定第二地质灾害的空间范围，当第二地质灾害空间范围与第一地质灾害空间范围之差大于设定阈值时，生成隧道地质灾害报警指令，确定发生地质灾害。

作为其中一种优选的实施方式，多种所述监测设备均设有独立的UPS电源。从而实现24小时全天候地质灾害的数据采集。

作为其中一种优选的实施方式，所述监测预警平台包括下位机、网络集线器和上位机，所述下位机与传感器信号处理器网络连接，并将所获取的监测数据通过网络集线器传输至上位机，所述上位机用于进行地质灾害预警分析。

所述上位机为安装有隧道地质变形预警监测软件的服务器，用于对接收到的信息进行处理，生成预警指令和处理指导指令等，并向报警器及远程终端输送信息。

作为其中一种优选的实施方式，所述下位机为精简指令的嵌入式下位机，其结合有微处理器与数字信号处理器。

作为其中一种优选的实施方式，在多个位置设置有所述警报器，包括隧道控制中心和离隧道安全距离的边界处。

通过设置在隧道控制中心，使预警监测平台发出的警报第一时间为管理人员所知晓，便于控制中心及时采取应急措施进行处理，同时设置在离隧道安全距离的边界处，使进入隧道危险区域的人员及时知道发生地质灾害的情况，方便及时撤离。

本实施例中，通过监测预警平台实时分析从各个传感器所获取的监测数据，自动生成与隧道地质灾害状态对应的预警指令，能够实现全天候24小时自动监测，反应迅速，预报及时，并且能够精确判断城市地铁隧道地质变形空间范围，为道路封锁和隧道灾害处理提供依据；并且通过无人值守的全自动化监测，从而保证长期连续运行，并大幅度降低变形监测成本，提高监测资料的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，包括用于监测隧道地质变化情况的监测设备，以及用于接收监测设备所监测数据的信号处理器，该信号处理器连接有监测预警平台，并用于将所接收的监测数据传输至所述监测预警平台，该监测预警平台用于对监测数据分析处理，所述监测预警平台连接有用于发出预警信号的警报器。

2.根据权利要求1所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述监测设备包括图像监测设备、位移监测设备、应力监测设备和水位监测设备，所有监测设备均与信号处理器连接。

3.根据权利要求2所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述图像监测设备为摄像机，该摄像机设置于距隧道底部2米以上的隧道管壁内壁上，所述摄像机的镜头正对隧道延伸方向。

4.根据权利要求2所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述位移监测设备为多点式位移传感器，其沿隧道管片安装方向布置在隧道内部；

所述应力监测设备为应变计传感器，其设置在隧道管片上方的围岩中；

所述水位监测设备为水位传感器，其设置在隧道地层内。

5.根据权利要求1所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述监测预警平台还连接有远程终端，该远程终端用于接收所述监测预警平台发出的预警指令。

6.根据权利要求5所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，远程终端包括安装在隧道内的远程监测设备，所述远程监测设备配置有摄像头。

7.根据权利要求2-4之一所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，多种所述监测设备均设有独立的UPS电源。

8.根据权利要求1-6之一所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述监测预警平台包括下位机、网络集线器和上位机，所述下位机与传感器信号处理器网络连接，并将所获取的监测数据通过网络集线器传输至上位机，所述上位机用于进行地质灾害预警分析。

9.根据权利要求8所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，所述下位机为精简指令的嵌入式下位机，其结合有微处理器与数字信号处理器。

10.根据权利要求1-6之一所述的用于监测隧道地质灾害的预警装置，其特征在于，在多个位置设置有所述警报器，包括隧道控制中心和离隧道安全距离的边界处。