基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的制作方法

本发明属于地铁轨道施工应用技术领域，具体涉及基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统。

背景技术：

盾构/tbm隧道施工技术在我国的水利水电、铁路、交通、城市地下工程、油气管道以及国防等隧道建设中已经得到广泛应用，与传统的浅埋暗挖法和钻爆法相比，盾构工法的优势和特点是非常明显的：生产过程相对安全、隧道内产生严重安全生产事故的可能性不大、生产过程比较容易控制、引起的地层移动和地面沉降的数量较小、控制也相对容易，尤其是其信息化的生产手段使得我们更加容易实现施工过程的信息化控制和实时管理，从而达到对盾构施工过程风险和环境安全的实时管理与控制。但是盾构施工也有以下几个不足之处：

(1)每种型式的盾构都有其最佳的适用范围，不可能对任何地层都适应，一旦选择的盾构型式与水文、地质条件不匹配则有可能出现大的风险；

(2)盾构施工机械化程度和科技含量较高，重要部件在施工中更换、修理困难，一旦盾构在掘进过程中出现严重的机械故障或者部件损坏，维修起来是相当困难的(如：补焊刀盘、更换磨损严重的刀具等)，而且维修过程中也会带来较大的风险(如：开仓换刀时遇到不明有害气体，补焊刀盘时乙炔中毒)；

(3)当盾构穿越的地层复杂多变，地下环境较复杂时(如盾构施工遇到不良地层，不明地下障碍物等)，容易产生风险；

(4)盾构施工与盾构操作人员的经验、盾构操作能力有很大的关系，一旦盾构操作人员经验不足，对盾构把控能力有限，或者违规操作，对突发(异常)情况缺乏足够的判断能力，则容易在盾构施工中产生较大的风险。

鉴于盾构法施工的这些不足，盾构施工过程中的风险一般是比较大的，近几年国内外盾构施工在这方面的经验教训也是相当深刻的。

而如何对盾构施工过程进行实施监控，实现对盾构推进过程中的各项施工参数(包括盾构姿态控制情况)实时监控和预警、报警，并清晰地显示盾构区间各级风险源的影响区域，实现风险预告、风险提醒，方便施工管理人员掌控区间整体风险分布状况，明确管控重点，同时还能提供强大的数据分析功能，方便施工管理人员全面的对盾构施工的安全风险状况进行相关分析，做出正确的判断和决策是当前所亟待解决的。

基于上述问题，本发明提供基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统。

技术方案：本发明提供基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，包括盾构施工实时监控单元，及分别与盾构施工实时监控单元连接的数据库连接读取模块、数据处理模块、图形输出模块、图形操作模块；所述数据库连接读取模块，用于建立数据库连接、数据库数据读取、断开数据库连接；所述数据处理模块，用于数据查找、数据排序；所述图形输出模块，用于平面图输出、柱状图输出、曲线图输出；所述图形操作模块，用于图形打印、图形放大、图形还原。

本技术方案的，所述盾构施工实时监控单元，对盾构施工过程中采集的数据进行有效管理，提供形象的显示界面和图形可视化的数据分析界面，对盾构施工全过程进行远程实时监控；盾构施工实时监控单元由盾构区间风险管理、工程进度、刀盘、螺旋输送机、时间统计、进度统计、材料消耗、参数分析8个界面组成，其中盾构区间风险管理、工程进度、刀盘和螺旋输送机属于显示界面，其主要功能是显示盾构施工过程中的各项参数和盾构施工进度以及施工进度与盾构区间重要风险工程的关系，时间统计、材料消耗、进度统计和参数分析属于数据分析界面，此种分析界面是对盾构工作过程中实时参数进行统计和分析并形成图形界面，以便于施工人员进行查看、分析和管理生产之用。

本技术方案的，所述数据库连接读取模块，施工实时监控系统运行时实时的显示盾构工作时的参数值，每隔1分钟就去读取服务器上数据库中最新的数据，且做数据分析的各种原始数据从服务器上数据库中读取，稳定的数据库连接和快速的数据读取是系统能否稳定、安全、准确的运行的充分条件。

本技术方案的，所述盾构区间风险管理系统通过互联网进行访问，在浏览器中输入盾构区间风险管理系统网址，进入系统登录页面。

与现有技术相比，本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的有益效果在于：1、将该技术应用于信息系统的开发，可增强系统的灵活性、扩充性和可重用性；2、采用ado技术访问数据库实现对盾构施工中自动采集的数据的读取，采用ado技术访问数据库，通过odbc的方法同数据库接口连接，ado是一个基于oledb之上的对象模型，包含了所有可以被oledb标准接口描述的数据类型；3、利用面向对象的编程技术实现曲线图、柱状图和饼状图等多种二维图形的输出。

附图说明

图1是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的界面构成结构示意图；

图2是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的盾构区间风险管理系统登录界面的结构示意图；

图3、图4是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的盾构区间风险管理界面显示盾构区间概况和区间地质剖面图；

图5是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的盾构区间风险管理界面显示图；

图6、图7是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的工程进度界面；

图8是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的刀盘参数界面；

图9是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的螺旋机参数界面；

图10是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的导向参数界面；

图11是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的综合查询界面；

图12是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的间统计界面由总时间统计、详细时间统计和报表输出三个子界面；

图13、图14、图15是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的显示的是以“天”为时间段的形式输出的报表、显示的是以“周”为时间段的形式输出的报表、显示的所示以“月”为时间段的形式输出的报表；

图16是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的材料消耗界面；

图17是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的进度统计界面；

图18是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的数据分析界面(土压)；

图19是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的数据分析界面(盾构姿态)；

图20、图21是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的预警设置界面、预警查询界面；

图22是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的显示盾构施工实时监控系统单环参数分析界面输出第666环的参数“土压(上)”的变化曲线；

图23是本发明基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统的显示第666环的参数“土压【上】”和“盾构总推力”的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例

如图1所示的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，包括盾构施工实时监控单元，及分别与盾构施工实时监控单元连接的数据库连接读取模块、数据处理模块、图形输出模块、图形操作模块；所述数据库连接读取模块，用于建立数据库连接、数据库数据读取、断开数据库连接；所述数据处理模块，用于数据查找、数据排序；所述图形输出模块，用于平面图输出、柱状图输出、曲线图输出；所述图形操作模块，用于图形打印、图形放大、图形还原。

进一步优选的，所述盾构施工实时监控单元，对盾构施工过程中采集的数据进行有效管理，提供形象的显示界面和图形可视化的数据分析界面，对盾构施工全过程进行远程实时监控；盾构施工实时监控单元由盾构区间风险管理、工程进度、刀盘、螺旋输送机、时间统计、进度统计、材料消耗、参数分析8个界面组成，其中盾构区间风险管理、工程进度、刀盘和螺旋输送机属于显示界面，其主要功能是显示盾构施工过程中的各项参数和盾构施工进度以及施工进度与盾构区间重要风险工程的关系，时间统计、材料消耗、进度统计和参数分析属于数据分析界面，此种分析界面是对盾构工作过程中实时参数进行统计和分析并形成图形界面，以便于施工人员进行查看、分析和管理生产之用。

进一步优选的，所述数据库连接读取模块，施工实时监控系统运行时实时的显示盾构工作时的参数值，每隔1分钟就去读取服务器上数据库中最新的数据，且做数据分析的各种原始数据从服务器上数据库中读取，稳定的数据库连接和快速的数据读取是系统能否稳定、安全、准确的运行的充分条件。

本发明的所述盾构区间风险管理系统通过互联网进行访问，在浏览器中输入盾构区间风险管理系统网址，进入系统登录页面。

实施例

在浏览器中输入盾构区间风险管理系统网址，进入系统登录页面，见图2所示(盾构区间风险管理系统登录界面)，盾构区间风险管理系统登录界面基本功能有5个：(1)实时形象地显示工程进度，清晰地显示盾构区间各级风险源的影响区域，实现风险预告、风险提醒，方便用户掌控区间整体风险分布状况，明确管控重点。(2)形象地显示盾构生产过程中的各项参数，对盾构施工过程进行远程实时监控；(3)盾构生产过程中的全部数据进行各种条件下的查找、统计和分析并给出相应的可视化图形；(4)以时间段的形式对盾构生产过程中的材料消耗、功效、推进环数和里程等参数数据进行统计和查询，并以报表的形式输出；(5)对主要盾构施工参数进行实时预警，并在数据分析时给出主要施工参数的控制范围供决策者参考。

下面以深圳国际会展中心配套市政项目地铁20号线吊出井～中间风井盾构区间为例，详细介绍本系统各个界面的功能。

盾构区间风险管理系统管理界面，进入盾构区间风险管理界面后将显示吊出井～中间风井区间简介工程概况，如图3、图4所示，盾构区间风险管理界面还能显示盾构区间概况和区间地质剖面图，例如单击盾构区间风险管理界面右侧窗口中的剖面图按钮，系统显示界面如图5所示。

工程进度界面

工程进度界面见图6所示，工程进度界面具备以下三项功能：

(1)显示盾构隧道的平面位置和隧道总的管片数量(或隧道长度)；

(2)在隧道平面图上显示目前盾构的所在工作位置和正在掘进的环号；

(3)显示目前盾构的工作状态；

(4)显示盾构设备的基本情况。

通过工程进度界面用户可以了解到工程基本状况和进度情况，方便用户从总体上进行项目工期控制等。

点击进入“监测数据”项可查看沉降点的沉降数据，如图7所示。

刀盘参数界面，点击“左线”或“右线”默认进入刀盘参数界面，如图8所示，刀盘参数界面显示盾构掘进过程中的重要参数，可远程实时查询(根据盾构类型的不同，具体参数项目有些许差别)，参数更新时间在30s以内(与系统的记录相一致)，界面显示的重要参数有：

(1)推进速度

(2)贯入度

(3)刀盘转速

(4)刀盘扭矩

(5)盾构机总推力

(6)刀盘工作油压

(7)刀盘渗漏油温

(8)推进油泵油压

(9)推进千斤顶a油压和行程

(10)推进千斤顶b油压和行程

(11)推进千斤顶c油压和行程

(12)推进千斤顶d油压和行程

(13)土压01数值

(14)土压02数值

(15)土压03数值

(16)土压04数值

(17)土压05数值

(18)注浆孔a1注浆压力和冲程

(19)注浆孔a2注浆压力和冲程

(20)注浆孔a3注浆压力和冲程

(21)注浆孔a4注浆压力和冲程

(22)注浆总冲程

刀盘参数界面还能够对显示的主要盾构施工参数进行实时预警，可以实时预警的主要盾构施工参数有：

(1)土压01

(2)刀盘扭矩

(3)刀盘转速

(4)推进速度

(5)同步注浆压力

(6)盾构总推力

同时在刀盘参数窗口顶部会显示区间名称、数据时间、里程、行程、滚动角、俯仰角、水平偏差及垂直偏差这一系列数据，界面中正常的参数数值是以蓝色或者绿色表示的，如果参数预警则根据预警级别分别以黄色、橙色和红色表示。

螺旋机参数界面，螺旋机参数界面见图9示，螺旋输送机参数界面与刀盘参数界面基本一致，显示盾构生产过程中螺旋输送机及其相关系统的主要工作参数，与刀盘参数界面一样，也是每10秒钟更新一次，螺旋机参数界面显示的参数有：

(1)螺旋机封门

(2)螺旋机扭矩

(3)螺旋机转速

(4)螺旋机油压

(5)螺旋机渗漏油温

(6)螺旋机前端土压

(7)盾尾密封前舱01油压和冲程

(8)盾尾密封前舱02油压和冲程

(9)盾尾密封前舱03油压和冲程

(10)盾尾密封前舱04油压和冲程

(11)盾尾密封后舱01油压和冲程

(12)盾尾密封后舱02油压和冲程

(13)盾尾密封后舱03油压和冲程

(14)盾尾密封后舱04油压和冲程

(15)铰接油缸02行程

(16)铰接油缸05行程

(17)铰接油缸10行程

(18)铰接油缸13行程

(19)铰接油缸推力

(20)铰接油缸压力

(21)泡沫水泵流速

(22)润滑油温度

(23)泡沫添液体泵流速

导向参数界面，导向参数界面见图10，与刀盘参数及螺旋机参数界面同样，显示盾构导向系统的主要工作参数，更新频率按盾构机类型不同而不同，不超过30s更新一次，导向参数界面显示的参数有：

(1)前中后盾东坐标

(2)前中后盾北坐标

(3)前中后盾海拔

(4)最近10环的刀盘水平纠偏量

(5)最近10环的刀盘垂直纠偏量

(6)前中后盾的水平偏差

(7)前中后盾的垂直偏差

(8)盾构便宜的图形化示意

综合查询界面，综合查询界面见图11所示，包含以上描述所有参数，以表格的形式展现，方便同时查询多个参数时使用。

时间统计界面，点击右边栏统计报表后，再次点击窗口下边栏时间统计，进入到时间统计界面，时间统计界面由总时间统计、详细时间统计和报表输出三个子界面组成，如图12所示，盾构工作时间由推进时间、管片安装时间和停止时间三大部分组成，

(1)窗口上部显示的是详细时间统计界面，统计从指定起始环到指定结束环期间每一环的工作时间、推进时间、管片安装时间和停止时间(以小时为单位)并绘出柱状图，鼠标移至单环柱上时会显示具体的时间。

(2)窗口下部显示的是总时间统计界面，总时间统计界面统计从指定起始环到指定结束环的每环盾构工作时间、推进时间、管片安装时间和停止时间(以小时为单位)并绘出柱状图，计算推进时间、管片安装时间和停止时间在盾构工作时间中所占的百分比并绘出饼状图。

(3)报表输出界面，报表输出界面以时间段的形式对盾构掘进过程中的材料消耗、工效、里程和推进环数进行统计和分析，自动生成报表供决策者参考。报表输出界面见图11所示，可以以“日报”、“周报”和“月报”三种时间段的形式输出报表，报表以excel文件输出，方便用户打印和储存。图13显示的是以“周”为时间段的形式输出的报表，图14显示的是以“周”为时间段的形式输出的报表，图15显示的所示以“月”为时间段的形式输出的报表。

材料消耗界面，材料消耗界面可以给出盾尾油脂用量、膨润土用量、泡沫用量和同步注浆量四种材料从指定起始环到指定结束环中每一环的材料消耗量和总的材料消耗量并绘出柱状图，见图16所示。材料消耗界面能够对同步注浆量进行预警，柱状图界面会显示红色及黄色预警线，当同步注浆量小于或者大于设定值时，表示预警了。

进度统计界面，进度统计界面可以从指定起始日到指定结束日中每一天的推进环数并绘出柱状图，见图17所示。

数据分析界面，数据分析界面可以分析盾构推进参数在指定起始环到指定结束环施工过程中的变化情况，并绘出相关参数变化曲线，见图18所示。数据分析界面还具有曲线放大功能，用户可以通过鼠标的拖放对曲线进行放大，从而更加细致的对参数变化进行分析。单环分析界面能够对两种不同类型的参数进行分析，同类参数最多可以同时分析5个。对于主要施工参数如：上土压、刀盘扭矩、总推力、盾构水平垂直偏移量等，如图19所示。

预警界面，在“基础功能”栏中的“预警设置”里，可以对盾构每个组段或环数的各项参数进行提前设置预警范围，如图20所示，预警参数包括土压力、刀盘扭矩、推力、同步注浆量、盾构姿态数据、泡沫及膨润土注入量等一系列主要施工数据。如图21所示在“施工管理”栏中的预警信息查询界面中，可对工程的历史预警信息进行查询，发现工程中存在的问题，对为今后的施工提供指导。

本系统能够对盾构/tbm施工全过程进行远程实时监控，形象地实时地显示盾构/tbm施工参数，提供可视化图形数据分析界面，并对盾构施工中耗材进行统计分析，既便于分析盾构施工的全过程及其可能出现的各种问题，也可以对盾构施工成本和质量进行控制，形象的显示工程进度和盾构所处的位置。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，具有以下特点：(1)盾构/tbm施工全过程远程实时监控；(2)形象实时地显示工程进度；(3)清晰地显示盾构区间重要风险工程；(4)直观形象地参数显示界面；(5)材料消耗的统计和分析、工程成本控制；(6)数据分析界面能显示完整的参数变化曲线；(7)数据分析界面能对两种不同类型的参数在同一界面上进行对比分析并显示它们各自的变化曲线，以便于我们分析参数间相互关系；(8)能够对盾构主要施工参数进行实时预警，并在数据分析界面显示主要施工参数的控制范围，供决策者参考。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，对施工管理者而言，所处的办公地点也不是固定的，可能在施工现场，可能在公司总部，也有可能在外地。通过数据传输系统将各个盾构区间盾构施工数据实时传输至轨道公司服务器上，用户不管所处何地只要能够上网即能通过互联网访问公司服务器读取最新的盾构施工数据，从而实现对盾构/tbm施工全过程远程实时监控。实现管理人员能够准确、全面的掌握最新的盾构施工情况。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，为便于用户形象的了解工程进度，我们将盾构隧道平面图预先输进“盾构区间风险管理界面”和“工程进度”界面中，然后将正在掘进的环号在平面图上定位并且使其自动闪烁让用户清楚的看到盾构正在掘进的位置，最后将盾构已开挖过的部分在平面图上涂成绿色，从而形象的显示工程的进度。通过盾构区间风险管理界面和工程进度界面用户还可以直观的看到盾构目前的掘进方向是左传、右转还是直行，对于不同的掘进方向用户可以调整施工参数来适应盾构的掘进。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，盾构区间风险管理界面能够清晰地显示盾构区间重要风险工程的影响区域，并与盾构工程进度相结合明确风险工程与盾构施工进度的关系，实现风险预告、风险提醒，方便用户掌控区间整体风险分布状况，明确管控重点。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，盾构施工实时监控系统中的显示界面都是中文的，而且为了便于用户形象的了解各个参数的意义我们将盾构的主要部件如：刀盘、螺旋输送机、铰接油缸等在显示界面上绘成图像并在图像上相应的位置显示参数的数值。这样用户不仅可以看到盾构机工作参数的数值，而且可以知道各个参数的意义。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，材料消耗界面经过统计分析得出盾尾油脂用量、泡沫用量和同步注浆量，这三种材料对工程成本影响较大，也是控制盾构施工质量和确保施工安全等的重要数据。统计分析得出这三种材料每一环的消耗量和从指定起始环到指定结束环总的消耗量，便于对工程各方面进行分析和控制。例如，材料消耗界面中的注浆量统计分析可以帮助我们有效地控制工程施工安全、确保地层移动(如地面隆起和地表下沉等)在允许的范围之内，从而保证工程质量。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，单环参数分析可分析盾构推进参数在整环施工过程中的变化情况，并绘出相关参数变化曲线。与海瑞克、石川岛等盾构设备原有的数据分析系统相比，单环参数分析界面的最大特点是输出任意一环完整的参数变化曲线，而盾构设备自带系统本身所具有的数据分析功能有限，不能完整反映盾构施工情况。图22显示的是盾构施工实时监控系统单环参数分析界面输出第666环的参数“土压(上)”的变化曲线，盾构施工实时监控系统输出的参数变化曲线能完整的反映参数在本环施工全过程中的变化情况，完整的参数变化曲线便于分析盾构施工全过程及其可能出现的问题。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，参数分析能对两种不同类型的参数进行分析，显示它们的变化曲线，以便于我们分析参数间相互关系。图23显示的是第666环的参数“土压【上】”和“盾构总推力”的变化曲线，通过输出的曲线我们可以分析参数“土压【上】”和“盾构总推力”之间的相关关系。

本发明的基于盾构机施工的盾构区间风险管理系统，对盾构主要施工参数进行实时监控与预警，并在数据分析时自动显示主要施工参数的控制范围，这对规避盾构施工过程中由于施工参数设置或者控制不当造成的安全风险事件有着显著的效果，而且对于综合评价盾构施工目前的安全风险状态也起到很大的

作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。