专利名称：基于三维数字隧道平台的隧道施工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；具体涉及一种基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统。
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。隧道塌方、透水、瓦斯事故等都时有发生，对施工人员的生命安全构成了威胁。因此开发此类工程施工过程安全的监控预警系统具有十分重要的工程意义。
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基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统，使用该系统，能够实时连续监测隧道施工区间围岩的稳定情况，并将地质变化情况实时连续传输到监测主机，对隧道支护结构的力学稳定性进行分级预警。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基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统，包括压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计等传感器；其特征在于还包括依次连接的自动化数据采集仪、GPRSGPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计；自动化数据采集仪输出端无线连接GPRSGPRS静态数据采集仪，GPRSGPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、 通信接收基站、互联网之间依次无线信号通讯连接，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。依据隧道的具体空间环境、区域环境等现场实际情况，确定压力盒、静力水准仪、 孔隙水压力计与多点位移计等传感器的设置数量。本实用新型提供了一种将安全预警与隧道施工过程相结合的技术。使施工管理相关人员根据预警信息及时采取预防措施，提高施工安全性。本实用新型的计算机建立有“三维数字隧道”模型，“三维数字隧道”模型是基于隧道施工区域地质勘察资料以及三维地理信息系统原理，在windows操作平台下建立施工及影响区域范围内的地层岩性、断层分布、滑坡、地下水、有害气体分布等包含诸多工程地质环境信息的区域工程环境体数据库，并基于FLAC3D软件以及岩土力学正、反分析理论构建的该施工区域的“三维数字隧道”模型。本实用新型使用时，在隧道掘进中初期支护下同步安装静力水准仪、压力盒、孔隙水压力计、多点位移计等数据采集传感器，采集隧道初始受力、变形空隙水压力、位移变形等实时监测数据，并将实时监测数据传输到用户计算机，由“三维数字隧道”模型将得到的实测隧道变形数据，进行正、反分析，通过三维可视化系统进行展现；并将实测应力、变形值与正、反分析得到的应力、变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的力学稳定性进行分级预警，根据空隙水压力实测值并结合地下水动力学等水力学理论对施工区域突水可能性进行预测，预警信息通过“三维数字隧道”模块和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的手机，从而完成隧道施工安全预警。
图1是某施工区域“三维数字隧道”模型可视化界面，图2是本实用新型通信发射基站至手机的关系示意图，图3是隧道内传感器以及自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪设置图。图中1 一压力盒，2—静力水准仪，3—孔隙水压力计，4一多点位移计，5—自动化数据采集仪，6—GPRS静态数据采集仪，7—通信发射基站，8—商用卫星，9一通信接收基站，10—互联网，11 一计算机，12—F2003GSMDTU短信模块，13—手机，14一二衬完毕区间， 15—一衬区间，16—掌子面，17—斜井，A—砂质黄土 Q3层，B—砂质黄土 Q2层，C一砂岩夹砾层。
具体实施方式
如图2与图3所示一种基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统，包括压力盒1、静力水准仪2、孔隙水压力计3与多点位移计4等传感器；还包括依次连接的自动化数据采集仪5、GPRS静态数据采集仪6、通信发射基站7、商用卫星8、通信接收基站9、 互联网10及计算机11 ；自动化数据采集仪5输入端有线连接压力盒1、静力水准仪2、孔隙水压力计3与多点位移计4 ；自动化数据采集仪5输出端无线连接GPRS静态数据采集仪6， GPRS静态数据采集仪6、通信发射基站7、商用卫星8、通信接收基站9、互联网10之间依次无线信号通讯连接，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。图3示出压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计等传感器的设置分布情况；隧道施工过程中，通常包括二衬完毕区间14、一衬区间15与掌子面16，一衬区间15 也即隧道施工区间设有斜井17。在一衬区间15设置多个压力盒1、静力水准仪2、孔隙水压力计3与多点位移计4 等传感器，斜井17设置自动化数据采集仪5与GPRS静态数据采集仪6。计算机11建立有“三维数字隧道”模型。“三维数字隧道”模型的构建方法是基于隧道施工区域地质勘察资料以及三维地理信息系统原理，在windows操作平台下建立施工及影响区域范围内的地层岩性、断层分布、滑坡、地下水、有害气体分布等包含诸多工程地质环境信息的区域工程环境体数据，并基于FLAC3D软件以及岩土力学正、反分析理论构建该施工区域的“三维数字隧道”模型。图1所示是某施工区域地层的“三维数字隧道”模型可视化界面，该区域地层自上而下依次为砂质黄土 Q3层A，砂质黄土 Q2层B，砂岩夹砾层 C0隧道施工中，根据围岩级别选择适当的断面和初期支护下同步安装静力水准仪、压力盒、孔隙水压力计、多点位移计等数据采集传感器，采集隧道初始受力、变形空隙水压力、位移变形等实时监测数据，并将实时监测数据通过自动化数据采集仪5发送至 GPRSGPRS静态数据采集仪6，再通过GPRSGPRS静态数据采集仪6附近通信发射基站7发至商用卫星8，之后传输到其他通信接收基站9，并进入互联网10传输到用户计算机11并加载到“三维数字隧道”模型；“三维数字隧道”模型将得到的实测隧道变形数据，进行正、反分析，通过三维可视化系统进行展现；并将实测应力、变形值与正、反分析得到的应力、变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的力学稳定性进行分级预警，根据空隙水压力实测值并结合地下水动力学等水力学理论对施工区域突水可能性进行预测，预警信息通过和与计算机连接的F2003GSMDTU短信模块12，以手机短信方式发送至现场施工管理相关人员的手机13从而完成隧道施工安全预警。
权利要求1. 一种基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统，包括压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计等传感器；其特征在于还包括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、互联网及计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计；自动化数据采集仪输出端无线连接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、互联网之间依次无线信号通讯连接，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。
专利摘要基于“三维数字隧道”平台的隧道施工安全预警系统，包括压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计等传感器；还包括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、互联网及计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接压力盒、静力水准仪、孔隙水压力计与多点位移计；自动化数据采集仪输出端无线连接静态数据采集仪，静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网之间依次无线信号通讯连接，计算机连接有与数个手机无线信号通讯的F2003GSMDTU短信模块。它对隧道支护结构的安全与稳定性进行分级预警并将预警信息以手机短信方式发送至施工管理人员手机，完成隧道施工安全预警。
文档编号E21F17/18GK202140118SQ20112026363
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者唐述林 申请人:中铁二十一局集团有限公司