专利名称：隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于隧道以及地下工程施工领域，用于铁路客运专线等大断面隧道施工过程的安全预警；具体涉及一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统。
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。隧道施工中塌方时有发生，对施工人员的生命安全构成了威胁。因此开发隧道施工过程安全监控预警具有十分重要的工程意义。国内外在隧道施工三维数字安全预警研究方面尚少，截至目前尚未见集隧道开挖三维应变数值模型、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施工三维数字安全预警的文献报道。申请号为201220293658. 2，实用新型名称为隧道施工塌方远程三维数字安全预警系统的专利申请，提供的是远程预警系统，但未涉及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施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统；使用本实用新型提供的系统，能够实时连续监测隧道初级支护围岩收敛变形情况，将围岩收敛变形数据实时连续传输到远程监测主机，根据逐级变形数据，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，还能将分级预警信息回传到施工现场进行声光报警。本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，包括数个静力水准仪、数个多点位移计，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短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于还包括声光报警器，静力水准仪、多点位移计通过连接主线与声光报警器连接，声光报警器另一端与自动化数据采集仪有线连接。施工时，依据隧道初级支护结构以及围岩级别，确定静力水准仪在拱顶的布设断面间距以及多点位移计的布设。本实用新型提供了一种将基于静力水准仪以及多点位移计的隧道施工塌方远程三维数字安全预警与隧道施工过程相结合的技术。远程计算机建立有隧道开挖三维应变数值模型、智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台。预警信息不仅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管理相关人员以及地面管理人员的手机，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，预警信息还通过三维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。
图1是隧道内静力水准仪、多点位移计、声光报警器、自动化数据采集仪及GPRS静态数据采集仪布置纵断面图，图2是隧道内静力水准仪、多点位移计、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I一静力水准仪，2-自动化数据采集仪，3 — GPRS静态数据采集仪，4一一衬区间，5—掌子面，6—钢拱架，7—隧道围岩临空面，8—商用卫星，9一通信发射基站，10—互联网，11一远程计算机，12一F2003GSMDTU短彳目|旲块，13一手机，14一通彳目接受基站，15一多点位移计，16一声光报警器。
具体实施方式
如图1、图2与图3所示一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，包括数个静力水准仪1、多点位移计15、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16,数个静力水准仪I和多点位移计15连接在一根主连接线上，主连接线与还包括声光报警器16连接，声光报警器16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14、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与数个手机13无线信号通讯连接。目前，声光报警器16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。隧道施工过程中，通常包括一衬区间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示出静力水准仪I等的布设情况；在隧道的一衬区间4设置多个静力水准仪1、多点位移计15，一衬区间4还设置有声光报警器16、自动化数据采集仪2和GPRS静态数据采集仪3。图2示出静力水准仪1、多点位移计15声光报警器16在隧道横断面的布设方式，静力水准仪I设置在隧道拱顶，多点位移计15设置在拱腰，声光报警器16设置在隧道拱顶与拱腰之间。远程计算机11建立有隧道开挖三维应变数值模型、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FLAC3d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。本实用新型的使用与工作过程大致如下隧道施工中，根据初级支护结构选择适当的断面和初期支护同步安装静力水准仪1、多点位移计15，设置声光报警器16、自动化数据采集仪2与GPRS静态数据采集仪3，采集隧道初始收敛位移实时监测数据，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，之后传输到其他通信接收基站14，并进入互联网10传输到用户计算机11并调用道开挖三维应变数值模型、智能位移反分析模型；由隧道开挖三维应变数值模型、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、反分析得到的围岩收敛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，预警信息通过预警平台经互联网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16进行声、光报警，声光报警器16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，预警信息通过和与计算机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，从而完成隧道施工塌方远程与现场三维数字安全预警。
权利要求1.一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，包括数个静力水准仪、 数个多点位移计，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短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于还包括声光报警器，静力水准仪、多点位移计通过连接主线与声光报警器连接，声光报警器另一端与自动化数据采集仪有线连接。
2.如权利要求1所述的一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，其特征在于数个静力水准仪和多点位移计连接在一根主连接线上，主连接线与声光报警器相连接。
3.如权利要求1或2所述的一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，其特征在于静力水准仪设置在隧道拱顶，多点位移计设置在拱腰，声光报警器设置在隧道拱顶与拱腰之间。
4.如权利要求3所述的一种隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，其特征在于自动化数据采集仪和GPRS静态数据采集仪设置在隧道一衬区间。
专利摘要隧道施工塌方远程与施工现场三维数字安全预警系统，包括数个静力水准仪、数个多点位移计，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，静力水准仪、多点位移计通过连接主线与声光报警器连接，声光报警器另一端与自动化数据采集仪有线连接。预警信息发送至现场施工管理相关人员的手机，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，进一步提高施工安全性。
文档编号E21F17/18GK202883021SQ20122059642
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者唐述林 申请人:中铁二十一局集团有限公司