一种用于地铁盾构施工的安全系统和方法与流程

本发明涉及施工安全系统领域，尤其涉及一种用于地铁盾构施工的安全系统和方法。

背景技术：

1、在地铁隧道施工前，需要进行地质勘察，了解地下地质情况。地质勘察可以通过地质雷达、地质钻探等手段获取地下岩土结构、地下水位、地下障碍物等信息，为盾构施工提供依据，减少施工风险。

2、盾构机是地铁隧道施工的主要设备，目前，地铁盾构施工中存在着安全隐患，如地质条件复杂、土压过大、地下水位高等问题，容易引发事故。因此，需要一种能够实时监测和预警施工安全问题的安全系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于地铁盾构施工的安全系统，包括：

2、监测模块，用于通过预设的监测传感器，实时监测盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，并将所述盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据传输至中央控制模块；其中，

3、所述监测传感器包括监控传感器、振动传感器、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器的一种或多种；

4、所述盾构机是地铁隧道施工的主体设备；

5、中央控制模块，用于按照预设的施工要求指标，分析所述隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据按照预设的施工要求指标，判断所述盾构机是否存在异常情况，得到判断结果；其中，

6、所述判断结果包括异常判断结果和正常判断结果；

7、异常调控模块，用于当所述判断结果为异常判断结果时，评估地铁盾构施工的安全系数，并基于当前的地铁盾构施工的安全系数，调取控制终端预存的调控方案。

8、作为本技术方案的一种实施例，所述监测模块，包括：

9、监测单元，用于通过预设的监测传感器，获取盾构机在盾构的隧道环境图片、隧道噪声、隧道温度、隧道湿度和隧道氧气；

10、环境分析单元，用于根据所述隧道环境图片，分析盾构机所处的隧道环境的隧道环境光照和隧道环境粉尘率；

11、隧道环境数据单元，用于对照所述隧道噪声、隧道温度、隧道湿度、隧道氧气、隧道环境光照和隧道环境粉尘率在盾构机未施工状态下和施工状态下的数据变化，得到未施工状态下监测盾构机的隧道环境数据和施工状态下监测盾构机的运行状态数据；

12、盾构机施工数据库单元，用于定期按照预设时间区间采集隧道环境数据和运行状态数据，并构建盾构机施工数据库；

13、施工工艺数据单元，用于通过所述盾构机施工数据库，得到预设时间区间盾构机的施工工艺数据；

14、传输单元，用于将所述隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据传输至中央控制模块。

15、作为本技术方案的一种实施例，所述盾构机施工数据库用于存储盾构机施工时包括盾构同步注浆、盾构正面压力和盾构姿态的盾构施工数据；其中，

16、所述盾构同步注浆的盾构施工数据包括盾构机挖掘进度、注浆压力和注浆量；所述盾构机挖掘进度通过挖掘的距离和挖掘的时间计算；

17、所述盾构正面压力包括盾构机在推进过程中所受到的所受到地层阻力的推进压力、土体对盾构机正面的土压力和液体对盾构机的液压力；

18、所述盾构姿态包括盾构机相对于水平面的倾斜角度和旋转角度。

19、作为本技术方案的一种实施例，所述中央控制模块，包括：

20、施工项目单元，用于获取当前隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数下的施工项目；其中，

21、所述施工项目包括盾构进出洞项目、旁通道施工项目和复杂环境地质盾构穿越项目；

22、判断单元，用于按照预设的施工要求指标，对每项施工项目的风险系数进行评估，并判断得到的风险系数是否大于施工要求指标预设安全阈值，得到判断结果；

23、异常情况单元，用于当任一施工项目的风险系数超过施工要求指标预设安全阈值，认定所述盾构机存在异常情况，确定的异常判断结果；

24、正常情况单元，用于当全部施工项目的风险系数未超过施工要求指标预设安全阈值，认定所述盾构机情况正常，确定的正常判断结果。

25、作为本技术方案的一种实施例，所述异常调控模块，包括：

26、异常数据采集单元，用于当所述判断结果为异常判断结果时，采集地铁盾构施工预设时间区间内的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据；

27、评估单元，用于通过隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，评估地铁盾构施工的安全系数；

28、分级单元，用于将所述安全系数按照危险程度进行分级，并根据分级后的结果，调取控制终端预存的调控方案。

29、本技术方案提供了一种用于地铁盾构施工的安全方法，包括：

30、通过预设的监测传感器，实时监测盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，并将所述盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据传输至中央控制模块；其中，

31、所述监测传感器包括监控传感器、振动传感器、温度传感器、湿度传感器和氧气传感器的一种或多种；

32、所述盾构机是地铁隧道施工的主体设备；

33、按照预设的施工要求指标，分析所述隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据按照预设的施工要求指标，判断所述盾构机是否存在异常情况，得到判断结果；其中，

34、所述判断结果包括异常判断结果和正常判断结果；

35、当所述判断结果为异常判断结果时，评估地铁盾构施工的安全系数，并基于当前的地铁盾构施工的安全系数，调取控制终端预存的调控方案。

36、作为本技术方案的一种实施例，所述通过预设的监测传感器，实时监测盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，并将所述盾构机的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据传输至中央控制模块，包括：

37、通过预设的监测传感器，获取盾构机在盾构的隧道环境图片、隧道噪声、隧道温度、隧道湿度和隧道氧气；

38、根据所述隧道环境图片，分析盾构机所处的隧道环境的隧道环境光照和隧道环境粉尘率；

39、对照所述隧道噪声、隧道温度、隧道湿度、隧道氧气、隧道环境光照和隧道环境粉尘率在盾构机未施工状态下和施工状态下的数据变化，得到未施工状态下监测盾构机的隧道环境数据和施工状态下监测盾构机的运行状态数据；

40、定期按照预设时间区间采集隧道环境数据和运行状态数据，并构建盾构机施工数据库；其中，

41、所述盾构机施工数据库用于存储盾构机施工时包括盾构同步注浆、盾构正面压力和盾构姿态的盾构施工数据；

42、通过所述盾构机施工数据库，得到预设时间区间盾构机的施工工艺数据；

43、将所述隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据传输至中央控制模块。

44、作为本技术方案的一种实施例，所述按照预设的施工要求指标，分析所述隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据按照预设的施工要求指标，判断所述盾构机是否存在异常情况，得到判断结果，包括：

45、获取当前隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数下的施工项目；其中，

46、所述施工项目包括盾构进出洞项目、旁通道施工项目和复杂环境地质盾构穿越项目；

47、按照预设的施工要求指标，对每项施工项目的风险系数进行评估，并判断得到的风险系数是否大于施工要求指标预设安全阈值，得到判断结果；

48、当任一施工项目的风险系数超过施工要求指标预设安全阈值，认定所述盾构机存在异常情况，确定的异常判断结果；

49、当全部施工项目的风险系数未超过施工要求指标预设安全阈值，认定所述盾构机情况正常，确定的正常判断结果。

50、作为本技术方案的一种实施例，所述当所述判断结果为异常判断结果时，评估地铁盾构施工的安全系数，并基于当前的地铁盾构施工的安全系数，调取控制终端预存的调控方案，包括：

51、当所述判断结果为异常判断结果时，采集地铁盾构施工预设时间区间内的隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据；

52、通过隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，评估地铁盾构施工的安全系数；

53、将所述安全系数和预设危险等级进行对比，并调取相符合的预设危险等级预存的调控方案。

54、作为本技术方案的一种实施例，所述通过隧道环境数据、运行状态数据和施工工艺数据，评估地铁盾构施工的安全系数，包括：

55、实时收集相关数据，并对收集到的数据进行处理分析，实时反馈当前地铁盾构施工安全系数，并根据安全系数信息及时发出告警信息，具体如下：

56、设在当前时间窗口内共收集到m组相关数据，每组数据有n个评价方向，其组成的原始数据矩阵r为：

57、

58、其中rmn为第m组相关数据的第n个评价方向的值；对原始数据矩阵进行标准化处理，得到处理后的数据矩阵，如下：

59、

60、其中i和j为相关数据组编号，i取1,2,3…m，j取1,2,3…n，min(rij)和max(rij)分别为相关数据的最小值和最大值；

61、根据r′计算各评价方向的特征值，计算公式如下：

62、

63、根据计算获得的各评价方向的特征值，计算安全系数q，计算公式如下：

64、

65、其中fj′为第j个评价方向的标准特征值，当q大于等于0.8时，说明在当前时间窗口内地铁盾构施工正常，无安全隐患；当q小于0.8时，说明当前时间窗口内地铁盾构时候状态较差，存在安全隐患；

66、当存在安全隐患时，实时反馈当前地铁盾构施工安全系数，并根据安全系数信息及时发出告警信息。