一种水工隧洞运行安全实时预警装置的制作方法

本发明涉及水工隧洞安全预警，具体为一种基于实时有限元计算的水工隧洞运行安全实时预警装置，适用于常规水电站及抽水蓄能电站的水工隧洞。

背景技术：

1、围岩及结构的稳定是保证水工隧洞运行安全的基础。对围岩及结构进行稳定分析，一般采用经验类比法或块体平衡法，对于重要工程，则主要采用有限元法。这些方法都需要详细掌握隧洞地区的地质情况。随着隧洞的长期运行，其赋存环境也可能发生变化，因此，围岩及结构的稳定分析会存在一定的滞后性甚至是较大偏差。

2、为保证水工隧洞的围岩稳定，会对其设置洞内及洞外观测项目，包括围岩变形、围岩压力、外水压力、渗透压力、支护结构应力和应变、洞口建筑物位移等，并基于实测数据或回归分析成果实时判断隧洞工作状态。其判断依据主要源于专家经验，仅能获取相对历史状态的异常程度，难以判断工程实际所具有的安全裕度。

3、因此，需要有一种从力学演化机理出发，对水工隧洞运行安全进行实时预警的装置。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于解决现有技术中存在的不足，设计一种水工隧洞运行安全实时预警装置，解决围岩及结构稳定分析的滞后性，以及基于实测数据的分析预测仅能反映工程相对安全水平的问题。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种水工隧洞运行安全实时预警装置，包括：

4、传感器模块，用于获取围岩、支护结构的变形和受力状态；

5、数据采集站，用于接收传感器模块的采集信息并对采集信息进行处理，得到预警信息；

6、上位机，用于接收数据采集站的预警信息并进行监测报警；

7、所述数据采集站包括：数据采集箱、供电电源、第一通信模块；所述传感器模块的输出端连接数据采集箱，所述数据采集箱上设置第一通信模块，所述数据采集箱内设置供电电源；

8、所述上位机包括数据服务器、第二通信模块，所述第二通信模块与数据服务器连接；所述第一通信模块与第二通信模块连接。

9、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述传感器模块包括：

10、多点位移计，设置于隧洞结构物内部，用于测量结构物深层多部位的位移、沉降、应变和滑移；

11、锚杆应力计，设置于隧洞衬砌内，用于测量锚杆的锚固力、拉拔力；

12、压力计，用于对隧洞内的流体压力进行检测；

13、钢筋应力计，用于长期埋设在隧洞结构体内，测量结构物内部的钢筋应力及埋设点的温度；

14、渗压计，用于测量隧洞内结构件内部孔隙水压力或渗透压力。

15、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述数据服务器包括对比器，数据存储器、预警器；所述数据采集站的输出端连接对比器，所述对比器与数据存储器连接，所述对比器的输出端连接预警器。

16、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述第一通信模块和第二通信模块为光纤收发器。

17、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述传感器模块的采集频次不低于一分钟一次。

18、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述位移计精度要求为0.1mm。

19、作为本使用新型的进一步技术方案为，所述应力计精度要求为0.01mpa。

20、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

21、本发明通过传感器模块对隧洞内的结构件、支护件的受力、压力、变形、渗透、沉降等信息进行采集并传输至数据采集站，通过数据采集站对采集信息进行存储和模数转换形成数字信号，通过第一通信模块与上位机的第二通信模块进行数据传输，将转换的数字信号传输至上位机内，通过上位机对数字信号进行对比判断，产生预警信息进行实时预警。本发明通过在隧洞内设置检测模块，实时将检测数据上传至上位机，实现实时预警。解决围岩及结构稳定分析的滞后性，可根据实测数据及时反映隧洞工程的安全水平。

技术特征：

1.一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述传感器模块包括：

3.根据权利要求1所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述数据服务器包括对比器，数据存储器、预警器；所述数据采集站的输出端连接对比器，所述对比器与数据存储器连接，所述对比器的输出端连接预警器。

4.根据权利要求1所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述第一通信模块和第二通信模块为光纤收发器。

5.根据权利要求2所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述传感器模块的采集频次不低于一分钟一次。

6.根据权利要求2所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述位移计精度要求为0.1mm。

7.根据权利要求2所述的一种水工隧洞运行安全实时预警装置，其特征在于：所述应力计精度要求为0.01mpa。

技术总结
本技术公开了一种水工隧洞运行安全实时预警装置，包括：传感器模块，用于获取围岩、支护结构的变形和受力状态；数据采集站，用于接收传感器模块的采集信息并对采集信息进行处理，得到预警信息；上位机，用于接收数据采集站的预警信息并进行监测报警；所述数据采集站包括：数据采集箱、供电电源、第一通信模块；所述传感器模块的输出端连接数据采集箱，所述数据采集箱上设置第一通信模块，所述数据采集箱内设置供电电源；所述上位机包括数据服务器、第二通信模块和对比器，所述第二通信模块与对比器连接，所述对比器与数据服务器连接；所述第一通信模块与第二通信模块连接。本技术通过在隧洞内设置检测模块，实时将检测数据上传至上位机，实现实时预警。

技术研发人员：袁彦辉,刘启明,李高会,赖靖捷,毛丁文
受保护的技术使用者：国网新源集团有限公司
技术研发日：20231010
技术公布日：2024/5/10