申请/专利权人：中交路桥科技有限公司

申请日：2022-02-07

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114485570B

主分类号：G01C11/00

分类号：G01C11/00;G01N29/04;G01C5/00;G01L1/00;G01B21/02;G01B21/32;G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.05.31#实质审查的生效;2022.05.13#公开

摘要：本发明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。

主权项：1.一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警方法，其特征在于，其包括预警系统，所述预警系统包括：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；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；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；弹性波法对隧道前方不良地质体进行超前地质预报，包括：数据采集装置，反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到数据采集装置中，通过无线传输至超前地质预报模块，进行信号的放大和处理分析，对信号基于临灾阀值辨识方法进行不良地质体的类型和规模判断，得到隧道超前预报结果，同时结合掌子面地质情况，提高预报精度；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、灰色模型系统方法处理分析之后，通过实际监测值与阀值对比，经数据综合分析模块进行差值分析，若超过预警值则通过智慧预警模块发出预警，并调整监测采集频率，重新调整施工方案，若未超过阀值则继续监测过程，动态优化设计方案；①超前地质预报数据的分析与反馈超前地质预报模块输出预报结果，反馈至监控量测模块，优化监控量测方案，同时上传至数据综合分析模块其他监测数据进行二次综合分析，结合监控量测分析数据，再反馈至超前地质预报模块对预报结果验证并优化,提高预报结果精度；②监控量测数据的分析与反馈隧道监控量测数据经过回归分析，对监测数据异常识别算法的选取、自动识别、剔除异常数据后对监测数据进行校正，可得到位移时态曲线、趋势预测线、最终预测值信息；对监控断面围岩实时状态及发展趋势进行更准确预测，对隧道围岩稳定性进行判断；③环境监测数据的分析与反馈通过对隧道内的综合环境监测，主要包括对有害气体、能见度、风速、烟尘浓度进行实时监测，设定正常阀值，对监测的数据进行分析，当发现有异常时，立即发送至智慧预警模块，对报监测数据统计和处理分析；实现环境异常与其它监控模块的联动控制；所述智慧预警模块通过每个模块的数据相互关联，相互结合，进行比较分析，通过全新的动态风险评估方法综合超前地质预报、隧道监控量测、气体环境监测三项，采用管理指标，为监测系统建立起了一套切实可行的判别和预警预报准则，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多方面预警；具体为：第一，通过超前地质预报结果，自动预报不良地质规模和位置，同时判别围岩等级；第二，结合监控量测数据建模分析，实时预报围岩变形和支护结构的姿态；第三，针对环境监测有害气体、烟尘浓度，达到临界值，可能危害施工人员身体健康时，自动通过灯光系统及语音系统及时引导施工人员撤离；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；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；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；所述预警方法包括以下步骤：步骤S1，建立体系；步骤S2，修正系数赋值；步骤S3，计算综合管理指标；指标为：YJ-综预警合管理指标；D1-超前地质预报综合修正系数；D2-监控量测综合修正系数；D3-环境气体综合修正系数；计算公式：YJ＝D1+D2+D3*100公式1D1＝K1*K2公式2公式中，K1-围岩级别修正系数，K2-不良地质等级修正系数；D2＝W1*W2*W3公式3公式中，W1-围岩应力与设计应力之比修正系数，W2-支护内力与设计内力之比修正系数，W3-位移修正系数；D3＝A1*A2公式4公式中，A1-有害气体修正系数，A2-氧气含量修正系数；超前地质预报综合修正考虑围岩级别和不良地质等级进行修正，隧道施工安全通过综合考虑围岩级别和施工过程中揭示的不良地质的状态两项参数确定修正系数；监控量测综合修正考虑隧道变形、围岩应力和支护应力状态进行修正，通过对实测值和设计值的比值，确定修正系数；现场监测所得的原始数据包含着测量误差，仪器误差，通过将各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性，探求围岩变形和支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩和支护系统稳定状态，环境监测综合修正考虑有害气体和氧含量进行修正；步骤S4，建立管理等级与对策。

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