专利名称：隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字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，用于隧道初级支护稳定性安全预警；具体涉及隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统。
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。隧道施工中初级支护变形破坏时有发生，对施工人员的生命安全构成威胁。因此开展隧道初级支护稳定性安全预警方面的技术研究具有十分重要的工程意义。国内外在隧道初级支护体变形稳定性安全预警研究方面尚少，截至目前，尚未见集隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台于一体的隧道初级支护体变形稳定性三维数字安全预警方面的文献报道。申请号为201220438699. 6的中国实用新型专利申请，请求保护的是隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警系统，未涉及将初级支护体变形稳定性预警信息传到施工现场进行报警。
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隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统；它能够实时连续监测隧道初级支护稳定性，将隧道初级支护体变形数据实时连续传输到远程监测主机，远程监测主机根据逐级变形数据，完成对隧道初级支护结构变形稳定性的分级预警；预警信息不仅传输给相关管理人员的手机，还能发送到施工现场进行声光报警。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隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统，包括全断面激光扫描仪，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、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接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、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于还包括声光报警器，声光报警器一端与全断面激光扫描仪有线连接，另一端与自动化数据采集仪有线连接。施工时，依据隧道施工现场情况，在相对稳定的位置布设全断面激光扫描仪。本实用新型提供了一种将基于全断面激光扫描仪的隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警与隧道施工过程相结合的技术。本实用新型基于隧道施工区域地质勘察资料与FLAC3d技术建立施工区域隧道开挖支护体三维应变数值模型；并基于差异进化法建立智能位移反分析模型以及基于VTK商业软件系统建立三维可视化安全预警平台；由设置在二衬区间的全断面激光扫描仪采集隧道支护体变形实时监测数据，并将实时监测数据传输到远程用户计算机，由安装在远程用户计算机的隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型将得到的实测位移数据，进行差异进化法位移正、反分析，通过可视化安全预警平台进行展现；并将实测位移值与正、反分析得到的初级支护体变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的变形稳定性进行分级预警，预警信息通过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与地面管理相关人员的手机，完成隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警，使施工管理相关人员根据预警信息及时采取预防措施；同时，预警信息还通过预警平台回传到安装在施工现场作业面的声光报警器进行声、光报警，使施工现场的作业人员及时采取相关措施；进一步提高施工安全性。
图1是隧道内全断面激光扫描仪、声光报警器以及自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪布置纵断面图，图2是隧道内全断面激光扫描仪与声光报警器布置横断面图，图3是本实用新型的结构、数据采集传输与数据回传的示意图。图中I一全断面激光扫描仪，2-自动化数据采集仪，3 — GPRS静态数据采集仪，4一二衬区间，5—掌子面，6—钢拱架，7—隧道围岩临空面，8—商用卫星，9一通信发射基站，10—互联网，11一远程计算机，12一F2003GSMDTU短彳目|旲块，13一手机，14一通彳目接受基站，15—声光报警器。
具体实施方式
如图3所示一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统，包括全断面激光扫描仪1，依次连接的自动化数据采集仪2、GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站9、商用卫星8、通信接收基站14、互联网10及远程计算机11 ;还包括声光报警器15，全断面激光扫描仪I与声光报警器15有线连接，声光报警器15另一端与自动化数据采集仪2有线连接，自动化数据采集仪2另一端无线连接GPRS静态数据采集仪3，GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站14、商用卫星8、通信接收基站14与互联网10之间依次无线信号通讯连接，互联网10与远程计算机11连接，远程计算机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。声光报警器15采用ADS-R3串口塔式LED声光报警器，由深圳市艾德斯科技有限公司提供。隧道施工过程中，通常包括二衬区间4与掌子面5，隧道围岩临空面7的下面设置钢拱架6。图1与图2分别示出全断面激光扫描仪I在隧道深度区间与隧道横断面的布设方式；在隧道二衬区间4设置全断面激光扫描仪1，隧道二衬区间4还设置有声光报警器15、自动化数据采集仪2和GPRS静态数据采集仪3。远程计算机11建立有隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台。三维应变数值模型的建立是基于FLAC3d软件以及隧道围岩应变参数；智能位移反分析模型基于差异进化算法；三维可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统。本实用新型的实施方法如下选择一隧道作为隧道施工三维数字安全预警系统实施的对象；收集该隧道施工区域围岩工程地质勘察资料，室内、外测试数据，收集隧道设计参数信息资料；将前述所得地质勘察资料、测试数据以及隧道设计参数信息资料为依据，建立预警系统实施对象区域的隧道开挖支护体三维应变数值模型；三维应变数值模型的建立是基于FLAC3d软件以及隧道围岩压缩模量、泊松比、弹性模量以及隧道支护体相关力学参数等参数；建立隧道初级支护体智能位移反分析模型以及三维可视化安全预警平台；智能位移反分析模型基于差异进化算法；可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统；隧道施工中，根据初级支护结构选择适当的断面和初期支护同步安装全断面激光扫描仪1，声光报警器15、自动化数据采集仪2与GPRS静态数据采集仪3，全断面激光扫描仪I采集隧道支护体变形实时监测数据，并将实时监测数据通过自动化数据采集仪2发送至GPRS静态数据采集仪3，再通过GPRS静态数据采集仪3附近通信发射基站9发至商用卫星8，之后传输到其他通信接收基站14，并进入互联网10传输到用户计算机11调用隧道开挖支护体三维应变数值模型、隧道初级支护体智能位移反分析模型；由隧道开挖支护体三维应变数值模型、智能位移反分析模型将得到的实测变形数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测位移值与正、反分析得到的初级支护体变形阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的变形稳定性进行分级预警，预警信息通过和与计算机11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与地面管理相关人员的手机13，完成隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警；同时，预警信息通过三维可视化安全预警平台经互联网10、通信接受基站14、商用卫星8、通信发射基站9、GPRS静态数据采集仪3及自动化数据采集仪2回传到安装在隧道作业面的声光报警器15进行声、光报警，声光报警器15的绿色、黄色以及红色灯光分别进行三级、二级以及一级报警。
权利要求1.一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统，包括全断面激光扫描仪，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、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接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、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块， F2003GSMDTU短信模块与数个手机无线信号通讯连接；其特征在于还包括声光报警器，声光报警器一端与全断面激光扫描仪有线连接，另一端与自动化数据采集仪有线连接。
2.如权利要求1所述的一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统，其特征在于全断面激光扫描仪设置在隧道二衬区间相对稳定位置；声光报警器、自动化数据采集仪和GPRS静态数据采集仪设置在隧道二衬区间。
专利摘要一种隧道初级支护体变形稳定性远程与现场三维数字预警系统，包括全断面激光扫描仪，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、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪一端无线连接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、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接；还包括声光报警器，声光报警器一端与全断面激光扫描仪有线连接，另一端与自动化数据采集仪有线连接。全断面激光扫描仪采集隧道支护体变形实时数据，传输到远程计算机分析后送至相关人员手机；同时，预警信息还回传到安装在施工现场作业面的声光报警器进行声、光报警。
文档编号E21F17/18GK202883020SQ20122059641
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者唐述林 申请人:中铁二十一局集团有限公司