一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法，该系统智能摄影摄像模块、超前地质预报模块、监控量测模块、环境监测模块、无线传输模块、数据综合分析模块和智慧预警模块该系统提高了在建隧道施工安全预警管理的信息化和自动化程度，降低了隧道施工安全风险的管控难度，提高了隧道安全管理的水平。通过集成七大模块，每个模块的数据相互关联，相互结合，进行比较分析，综合评估各个模块监测数据，此系统能够很大程度提高监测数据的精度，实时动态反馈监测数据并指导施工，最大限度的降低了监测成本，实现了隧道施工安全智慧化预警，减少安全隐患和安全事故发生几率，避免人员伤亡，消除安全隐患。消除安全隐患。消除安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法，属于隧道施工安全


技术介绍

[0002]隧道建设工作进入了迅猛发展时期，公路隧道和铁路隧道建设的数量激增，在建隧道施工安全问题成为隧道施工过程中的一个重要环节。隧道超前地质预报、监控量测、环境监测与安全预警作为保障施工安全保证、优化施工设计和指导现场施工的重要手段，对降低隧道施工风险具有十分重要意义。
[0003]隧道工程建设相比其他工程施工风险更大，对于施工技术要求及管理水平要求更高，再者我国对隧道工程建设施工风险管理研究时间短，管理人员经验不丰富，对隧道风险管理不重视，隧道建设中因地质灾害预报不准确、围岩监控量测、环境监测不到位，安全预警不及时，成为隧道施工中的安全隐患，造成了极大的经济损失和恶劣的社会影响。目前国内外对于隧道施工安全监控量测预警系统无法全方位、实时预测隧道施工过程中的风险，预警模块单一，风险评估单一，且相互关联性不大，无法实现隧道超前预报、监控量测、岩体力学参数、环境监测相互结合，相互关联，实时、精确、动态智慧化预报施工安全状态预警。主要表现一下几方面的问题：
[0004]现有施工安全监控量测系统多为基于单一设备进行隧道安全监控而搭建，对其他监测设备的兼容性差，对隧道监测的项目和内容有局限性，如隧道超前地质预报只是单纯预报前方地质情况，预报单一、不准确，受到现场施工影响易造成漏报误报等情况；
[0005]目前隧道监控量测一般基于特定项目开发，主要利用项目的特定工况进行变形监测和数据分析，隧道监控测量，大多只对隧道围岩沉降和收敛变形进行了监测，没有对隧道支护结构在不同工况下的受力状态和应力分布和围岩结构的动态状况和稳定性情况监测和分析，即没有结合围岩的物理力学试验，如围岩应力、应变、混凝土初衬应力、锚杆轴力和钢拱架应力等，无法结合结构的受力以及支护体系各部分的受力情况做出更加准确的预报。隧道施工过程中围岩监控量测方法、数据处理和流程管理等均难以满足隧道施工的安全需求，主要表现为：
①
人工操作不规范，由于人工测量具有偶然性和随机性，容易造成较大误差，无法确保测量结果的精度；
②
监测人员监测过程中受到现场条件的影响，如车辆出入、喷锚施作等影响效率；
③
监测数据溯源性较差，较难形成即时、有效、连续的监测数据，
④
监控量测无法保证实时性,难以快速达到资源共享，相关人员无法及时或实时掌握和分析变化情况；
[0006](3)、现有系统采集隧道信息，不能同时反映出隧道围岩不良地质、变形、应力、应变和环境因素等作用下产生隧道空间姿态变化情况，不能准确地描述隧道特征点和特征点的空间变化，影响监测数据的使用和正确展现；
[0007](4)、隧道安全监测量测系统的数据处理方法相对落后，智能化、自动化程度较低，数据传输、存储受环境影响存在间断和连续，影响监测数据的实时更新和使用，致使对隧道
工程信息化设计和工程施工的指导工作有限；
[0008](5)、隧道超前地质预报、监控量测、围岩力学参数监测、环境监测所得数据相对独立、数据关联性结合性差、无法进行综合分析，信息化管理无法实现对隧道施工安全监控量测预警的要求，预警精度不高，较难指导解决工程质量和安全预警问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法，用于解决现有技术中存在的技术问题。
[0010]为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0011]一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，包括：智能摄影摄像模块、超前地质预报模块、监控量测模块、环境监测模块、无线传输模块、数据综合分析模块和智慧预警模块；
[0012]智能摄影摄像模块采集隧道施工影像并传输至系统终端进行观测；
[0013]所述智慧预警模块通过对监控量测模块、环境监测模块、无线传输模块和数据综合分析模块采集的数据相互关联，相互结合，进行比较分析，综合评估各个模块监测数据，结合隧道围岩不良地质状态、围岩变形和支护结构的姿态及环境状况，对于施工安全监控进行预警。
[0014]作为本系统的进一步改进，所述智能摄影摄像模块通过摄影机和摄像机监控掌子面及隧道施工情况，以对于突发事件进行溯源。
[0015]作为本系统的进一步改进，所述超前地质预报模块利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，产生弹性波的反射波，反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到系统中进行信号的放大、数字采集和处理。
[0016]作为本系统的进一步改进，所述监控量测模块分为：围岩变形监测子模块、岩体力学参数子模块和支护结构力学参数子模块；
[0017]所述围岩变形监测子模块监测参数包括拱顶下沉、地表沉降、净空收敛、拱脚下沉和拱脚位移；
[0018]所述岩体力学参子数模块监测参数包括围岩压力、喷射混凝土内力、衬砌间接触压力和围岩内部位移；
[0019]所述支护结构力学参数子模块监测参数包括：钢筋、钢架内力、二次衬砌内力和锚杆轴力。
[0020]作为本系统的进一步改进，所述围岩变形监测子模块通过利用激光测距仪和倾角传感器监测隧道监控量测中围岩变形数据并实时采集围岩变形监测参数；
[0021]所述岩体力学参数和支护结构力学参数通过力学监测设备进行监测；
[0022]所述力学监测设备包括压力盒、钢筋计、应力计、应变计和多点位移计传感器；
[0023]压力盒或应变计埋设于隧道监测断面围岩内部、和初衬之间用于监测围岩压力、喷射混凝土内力、衬砌间接触压力、二次衬砌内力；钢筋计、应力计设置在隧道监测断面锚杆和钢拱架上，用于测量钢筋、钢架内力、锚杆轴力；多点位移计埋设与围岩内部，用于测量围岩内部位移；监测数据通过无线传输设备上传至监控量测模块。
[0024]作为本系统的进一步改进，所述环境监测模块利用终端采集传感器，对有害气体CO、CO2、O2、SO2、NO、NO2、隧道能见度、风速、噪声和爆破震动方面进行实时监测，利用无线传输设备上传至环境监测模块，经过数据处理分析传入后台，显示现场环境监测指数，对于超过临界值的数据进行预警。
[0025]作为本系统的进一步改进，所述无线传输模块将超前地质预报传感器、监控量测传感器、环境监测传感器等监测设备与无线传输系统相连接，通过监测设备把监测数据通过无线传输系统，实时传输到隧道施工安全智慧监控量测预警系统，通过设定不同类型围岩允许最大位移量的阀值，在监测数值超限时进行预警。
[0026]作为本系统的进一步改进，所述数据综合分析模块将隧道超期地质预报结果、围岩变形的特征、围岩力学参数、支护结构力学参数监测数据和环境监测数据进行综合判断，对各个监测模块的数据经过回归分析、灰色模型系统等方法处理分析之后，通过实际监测值与阀值对比，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，其特征在于，包括：智能摄影摄像模块、超前地质预报模块、监控量测模块、环境监测模块、无线传输模块、数据综合分析模块和智慧预警模块；智能摄影摄像模块采集隧道施工影像并传输至系统终端进行观测；所述智慧预警模块通过对监控量测模块、环境监测模块、无线传输模块和数据综合分析模块采集的数据相互关联，相互结合，进行比较分析，综合评估各个模块监测数据，结合隧道围岩不良地质状态、围岩变形和支护结构的姿态及环境状况，对于施工安全监控进行预警。2.根据权利要求1所述的一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，其特征在于：所述智能摄影摄像模块通过摄影机和摄像机监控掌子面及隧道施工情况，以对于突发事件进行溯源。3.根据权利要求1所述的一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，其特征在于：所述超前地质预报模块利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，产生弹性波的反射波，反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到系统中进行信号的放大、数字采集和处理。4.根据权利要求1所述的一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，其特征在于：所述监控量测模块分为：围岩变形监测子模块、岩体力学参数子模块和支护结构力学参数子模块；所述围岩变形监测子模块监测参数包括拱顶下沉、地表沉降、净空收敛、拱脚下沉和拱脚位移；所述岩体力学参子数模块监测参数包括围岩压力、喷射混凝土内力、衬砌间接触压力和围岩内部位移；所述支护结构力学参数子模块监测参数包括：钢筋、钢架内力、二次衬砌内力和锚杆轴力。5.根据权利要求4所述的一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统，其特征在于：所述围岩变形监测子模块通过利用激光测距仪和倾角传感器监测隧道监控量测中围岩变形数据并实时采集围岩变形监测参数；所述岩体力学参数和支护结构力学参数通过力学监测设备进行监测；所述力学监测设备包括压力盒、钢筋计、应力计、应变计和多点位移计传感器；压力盒或应变计埋设于隧道监测断面围岩内部、和初衬之间用于监测围岩压力、喷射混凝土内力、衬砌间接触压力、二...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟熙，魏广宾，孙振，崔春雷，付金璐，王杨，赵国栋，刘少楠，张东海，王凤玲，李雪岩，李玉，
申请(专利权)人：中交路桥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：