一种隧道衬砌混凝土可视化实时应变监测预警系统的制作方法

本实用新型涉及土木工程中应用衬砌混凝土的应变监测的相关技术领域，具体涉及一种隧道衬砌混凝土可视化应变实时监测预警系统。

背景技术：

隧道结构受复杂围岩和地质水文条件作用，其结构的安全性一直是工程建设和运营及维护中十分重要的问题。现今国内外工程界已有共识，任何一项重大工程，都存在出现事故甚至失事的风险。那么如何在事故发生前尽早的发现问题，采取必要措施，减少事故的发生、降低损失，成为工程界需要考虑解决的首要问题。隧道施工过程中，隧道初期支护，是确保施工安全的关键，它能充分发挥围岩自身的承载能力，迅速封闭围岩，避免围岩因为长时间的裸露，受水、空气等影响发生风化、水化而发生坍塌；二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌。二次衬砌与初期支护共同组成复合式衬砌隧道初期支护，承担荷载。因此，获取初期支护和二次衬砌的应力和应变状态、结构与围岩之间的相互作用力、初期支护和二次衬砌之间的相互作用力，以及围岩、初期支护、二次衬砌的位移变化过程，对隧道施工相关围岩力学和结构受力特性研究具有重要意义。

目前施工单位主要采用传统的应变计测试，需要现场管理人员每隔一段时间记录数据，工作量大，精准度不高，尤其是拱桥衬砌混凝土浇筑过程中及浇筑后的应变测试环境复杂危险，且现有的测试系统可读性操作性差，因此，亟需一种能够有效实时显示且易简单观测的衬砌混凝土的应变的监测及预警系统。

建筑信息模型(BIM)能够以工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟构筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现数字化信息管理等功能。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性等特点。能在建设项目的的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对。

(CN 207019825 U)衬砌混凝土应力分布的测量系统，公开了一种衬砌混凝土应力分布的测量系统；泥浆制备在泥浆配制搅拌桶中完成，按配比加入水和膨润土搅拌，导入循环泥浆池等待输出，第二搅拌机保持开启状态保证浆液均匀。钢管及灌注于钢管内的混凝土，钢管的内壁设有多个扣环，每两个扣环之间通过连接线连接，连接线上及两根连接线之间均设有应力传感器，且两根连接线之间的应力传感器的轴向与钢管的轴向平行。钢管的管壁上还开设有用于引出应力传感器的信号线的通孔，应力传感器与一设于所述钢管外的测量仪电连接。钢管的内壁位于通孔的周缘处还固设有一小管，应力传感器的信号线经小管从通孔穿出，并与测量仪电连接。为了防止混凝土灌注入钢管内的过程中漏浆，通孔中还设有填充材料。其中，扣环的数量为偶数个，偶数个扣环中每两个扣环在钢管的内壁上对称安装，扣环的数量优选为四个，其中两两于钢管的内壁上对称安装，每一连接线的两端分别连接于对称安装的两个扣上。应力测试：应力传感器还连接有温度传感器，温度传感器固定于连接线上，温度传感器的信号线也与测量仪连接，使钢管内混凝土的应变与温度可同时测量。每一连接线上的应力传感器为多个，每一连接线上的多个应力传感器均匀设置且顺序连接，每一连接线上的应力传感器均连接一测量仪。每一连接线上均匀设置多个应力传感器，可使钢管内混凝土的应力分布得以准确测出。每一连接线上的多个应力传感器采用绑扎法固定于连接线上，用于测量钢管内混凝土的径向应力与收缩变形。

该衬砌混凝土应变测试方案，自动化程度较低，人力时间成本耗费大；

该衬砌混凝土应变测试方案，需要人员全程跟踪测量计数，且可读性不高，人为误差大；

(CN 205634664 U)桥门式起重机主梁结构无线健康监测装置，公开了一种桥门式起重机主梁结构无线健康监测装置；无线采集传输装置：所述的遥控测试部分包括与各应变片数据输出端连接的遥测应变仪发射机、与遥控应变仪发射机配套的遥测应变仪接收机，遥测应变仪接收机的数据输出端连接数据采集卡数据输入端，数据采集卡数据输出端连接计算机。遥控测试部分将应变片、模数转换电路、无线发射机制作在测量模块上，将接收机与计算机连接，接收采集到的信号并作后续处理。应变片测到的应力信号通过模数转换电路、无线发射机将信号发出，由接收机接受到之后，经过数据采集卡送入计算机系统，进行分析。该无线测试传输方案，只能通过数据采集显示数值，人机界面互动程度较低；

该无线测试传输方案，需要人员全程跟踪观测数值变化，耗费人力时间成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种衬砌混凝土应变可视化监测预警系统，同时采用半透明的结构进行可视化观察，实时反映显示并监测预警衬砌混凝土构件在浇筑成型后的应变的变化，节省了大量的人力时间成本，无需人员全程跟随，且可视化程度和精确度高。

本实用新型采用的技术方案为一种隧道衬砌混凝土可视化实时应变监测预警系统，该系统包括半圆柱形钢管1、半圆柱形有机玻璃管2、销钉3、连接卡扣4、混凝土5和钢丝网6；半圆柱形钢管1和半圆柱形有机玻璃管2一端通过销钉3连接，另有单通过连接卡扣4连接，由此形成半透明的空间；半透明的空间内分层预埋设混凝土5，混凝土5中分层设有钢丝网6，钢丝网6上固定有应力计和应变计。

应力计和应变计通过无线交互的方式与无线传输采集装置之间进行交互。

与现有技术相比较，本实用新型在现场衬砌混凝土标注的测试点布设应变测试装置对应变进行实时监测，将采集到的应变信息通过无线采集传输装置传输到用户终端。

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，节省了现场大量的人力以及时间的支出耗费；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，采用分层布设的形式提高了衬砌混凝土测试应变的精确度和可靠性；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，能够实时显示半圆柱形有机玻璃管中的衬砌混凝土具体位置的应变，且简洁清晰；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，采用有线或无线温度测试装置及实时显示平台形成温度实时显示系统

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图。

图2是本实用新型的分层布设图。

图3是本实用新型应用BIM时的示意图。

图4是本实用新型与无线传输采集装置之间的交互关系示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种隧道衬砌混凝土可视化实时应变监测预警系统，该系统包括半圆柱形钢管1、半圆柱形有机玻璃管2、销钉3、连接卡扣4、混凝土5和钢丝网6；半圆柱形钢管1和半圆柱形有机玻璃管2一端通过销钉3连接，另一端通过连接卡扣4连接，由此形成半透明的空间；半透明的空间内分层预埋设混凝土5，混凝土5中分层设有钢丝网6，钢丝网6上固定有应力计和应变计。

在半圆柱形钢管1、半圆柱形有机玻璃管2内布设的钢丝网6上布设应变测试装置，应变测试装置为无线应变传感器或应力计、应变仪等布置在搭载支架上搭载无线传输采集装置；

如图3-4所示，用户终端为电脑平台终端，无线测试传输采集装置通过内置无线传输发射器采集系统5等连接到用户终端；所述的无线测试部分包括与各应变片或应力计数据输出端连接的遥测应变应力仪发射机、与遥控应变应力仪发射机配套的遥测应变应力仪接收机，遥测应变应力仪接收机的数据输出端连接数据采集卡数据输入端，数据采集卡数据输出端连接计算机。

遥控测试部分将应变片或应力计、模数转换电路、无线发射机制作在测量模块上，将接收机与计算机连接，接收采集到的信号并作后续处理。应变片或应力计测到的应力信号通过模数转换电路、无线发射机将信号发出，由接收机接受到之后，经过数据采集卡送入计算机系统，进行分析。可以通过半圆柱形有机玻璃管2观察混凝土5中的应力和应变情况。

在即将要浇筑的衬砌混凝土中按规范布置测试应变的位置点，测试应变点的位置应选择在应变变化大的地方。

可以采用BIM进行二次开发建立衬砌混凝土的模型，建立衬砌混凝土收缩变形计算模块以及衬砌混凝土应变监测预警模块，并在其中标明应变测试的位置，且与用户终端建立连接，使应变的数值能在BIM模型中相应的位置显示；

将衬砌混凝土配合比、现场施工条件等输入电脑BIM模型衬砌混凝土收缩变形计算模块中计算出其应变预警阈值，制定应变监测方案；

在现场衬砌混凝土标注的测试点布设应变测试装置对应变进行实时监测,将采集到的应变信息通过无线采集传输装置传输到用户终端，并显示在BIM建立的模型中。

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，节省了现场大量的人力以及时间的支出耗费；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，提高了衬砌混凝土测试应变的精确度和可靠性；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，能够实时显示衬砌混凝土具体位置的应变且对人界面简洁清晰；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，采用有线或无线温度测试装置及实时显示平台形成温度实时显示系统；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，通过BIM二次开发，在BIM模型中集成了衬砌混凝土应变监测预警系统实时界面；

相比于传统的衬砌混凝土应变测试方式，通过BIM二次开发，在BIM模型中建立了衬砌混凝土收缩变形计算模块。