CN102678180B - 隧道初期支护受力稳定性远程数字安全预警方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明基于隧道施工区域地质勘察资料、FLAC3D技术以及施工区域围岩工程地质参数室内外测试数据，建立施工区域隧道开挖三维应力数值模型；并基于岩土力学反分析理论、差异进化法建立智能应力反分析模型，基于VTK商业软件***建立三维可视化安全预警平台。采集隧道初期支护应力实时监测数据，通过隧道开挖三维应力数值模型和智能应力反分析模型进行正、反分析和三维可视化展现，将实测应力值与正、反分析得到的应力阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的受力稳定性进行分级预警。预警信息通过三维可视化安全预警平台和与计算机连接的F2003GSMDTU短信模块以手机短信方式发送至施工管理人员手机，完成隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警。
Description
技术领域
本发明属于隧道以及地下工程施工领域，用于铁路客运专线等大断面隧道施工过程的安全预警；具体涉及一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警方法，本发明还涉及一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***。
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。隧道施工中塌方时有发生，对施工人员的生命安全构成了威胁。因此开发隧道施工过程安全监控预警具有十分重要的工程意义。
国内外在隧道施工三维数字安全预警研究方面尚少，截至目前尚未见集隧道开挖三维应力数值模型、智能应力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期支护受力稳定性三维远程数字安全预警的文献报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警方法，本发明要解决的另一技术问题在于提供一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***；使用本发明提供的方法与***，能够实时连续监测隧道初级支护受力稳定情况，并将围岩应力变化情况实时连续传输到远程监测主机，对隧道支护结构的受力稳定性进行分级预警。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警方法，包括下述步骤：
a.选择被研究的隧道作为隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***实施的对象；收集该隧道施工区域围岩工程地质勘察资料，围岩室内、外测试数据，收集隧道设计参数信息资料；
b.以步骤a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，由远程计算机基于连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立隧道开挖三维应力数值模型；
c.远程计算机基于岩体力学反分析理论以及差异进化算法（Differential Evolution, 简称DE）建立隧道智能应力反分析模型；
d.远程计算机基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件***，建立三维可视化安全预警平台；
e.试作隧道初期支护的同时，安装压力盒于钢拱架和围岩临空面之间，采集隧道初始应力实时监测数据，并将实时监测数据传输并加载到远程计算机三维应力数值模型以及隧道智能应力反分析模型；
f.三维应力数值模型以及隧道智能应力反分析模型将得到的实测围岩应力数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测围岩应力值与正、反分析得到的应力阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的受力稳定性进行分级预警，所有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管理以及地面管理相关人员的手机，从而完成隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警。
一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，包括压力盒，其特征在于：还包括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、互联网及计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接压力盒；自动化数据采集仪输出端无线连接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，互联网与计算机连接，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。
施工时，依据隧道初级支护结构的具体情况，确定压力盒的布设位置以及数量。横断面布设应该包括隧道拱顶、拱腰和拱脚等关键力学点。
本发明提供了一种将基于压力传感器的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警与隧道施工过程相结合的技术方法。使施工管理相关人员根据预警信息及时采取预防措施，提高施工安全性。
附图说明
图1是隧道内压力盒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 是隧道内压力盒、钢拱架位置关系横断面图，
图3是本发明的结构与数据采集传输示意图。
图中： 1—压力盒，2—自动化数据采集仪，3—GPRS静态数据采集仪，4—一衬区间，5—掌子面，6—钢拱架，7—隧道围岩临空面，8—商用卫星，9—通信发射基站，10—互联网，11—远程计算机，12—F2003GSMDTU短信模块，13—手机，14—通信接受基站。
具体实施方式
***实施例 如图1、图2与图3所示：一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，包括多个压力盒1，还包括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；多个压力盒1连接在一根主连接线上，主连接线与自动化数据采集仪2输入端相连接；自动化数据采集仪2输出端无线连接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。
隧道施工过程中，通常包括一衬区间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示出作为压力传感器的压力盒1布设情况：在一衬区间4设置多个压力盒1，一衬区间4还设置有自动化数据采集仪2和GPRS静态数据采集仪3，沿隧道深度方向，每三至五米在隧道横断面布设一组压力盒1，图2示出压力盒1在隧道横断面的布设方式，至少要包括隧道拱顶、拱腰和拱脚等关键力学点。压力盒1位于钢拱架6和隧道围岩临空面7之间。
计算机11建立有被研究隧道的隧道开挖三维应力数值模型、智能应力反分析模型以及三维可视化安全预警平台。三维应力数值模型的建立是基于 FLAC3D软件以及隧道围岩力学特性。智能应力反分析模型基于岩土力学反分析理论以及差异进化算法。三维可视化安全预警平台基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件***。
方法实施例
（1）选择一隧道作为隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***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；
（2）以步骤（1）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，基于 FLAC3D软件以及隧道围岩力学特性建立预警***实施对象区域隧道开挖三维应力数值模型；
（3）基于岩土力学反分析理论以及差异进化算法建立智能应力反分析模型；
（4）基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件***建立三维可视化安全预警平台；
（5）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压力盒1，采集隧道初始应力的实时监测数据，并将实时监测数据通过自动化数据采集仪2发送至GPRS2静态数据采集仪2，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，之后传输到通信接收基站14，并进入互联网10传输到用户计算机11，并调用三维应力数值模型、智能应力反分析模型；
（6）三维应力数值模型、智能应力反分析模型将得到的实测力学数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测应力与正、反分析得到的应力阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的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相关人员的手机13从而完成隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警。
Claims (7)
1.一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警方法，包括下述步骤：
a.选择被研究的隧道作为隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***实施的对象；收集该隧道施工区域围岩工程地质勘察资料，收集围岩室内、外测试数据，收集隧道设计参数信息资料；
b.以步骤a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，由远程计算机基于连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D建立隧道开挖三维应力数值模型；
c.远程计算机基于岩体力学反分析理论以及差异进化算法Differential Evolution建立隧道智能应力反分析模型；
d.远程计算机基于Visualization Toolkit商业软件***，建立三维可视化安全预警平台；
e.试作隧道初期支护的同时，安装压力盒于钢拱架和围岩之间，采集隧道初始应力实时监测数据，并将实时监测数据传输并加载到远程计算机三维应力数值模型以及隧道智能应力反分析模型；
f.三维应力数值模型以及隧道智能应力反分析模型将得到的实测围岩应力数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测围岩应力值与正、反分析得到的应力阈值进行比较分析后，对隧道支护结构的受力稳定性进行分级预警，所有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管理以及地面管理相关人员的手机，从而完成隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警。
2.如权利要求1所述的一种隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警方法，其特征在于步骤e压力盒采集的隧道初始应力实时监测数据，通过自动化数据采集仪发送至GPRS静态数据采集仪，再通过GPRS静态数据采集仪附近的通信发射基站发至商用卫星，之后传输到通信接收基站，并进入互联网传输到用户计算机并调用智能应力反分析模型。
3.一种实现权利要求1或2所述的预警方法的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，包括多个压力盒，其特征在于：还包括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、互联网及计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接压力盒；自动化数据采集仪输出端无线连接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，互联网与计算机连接，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。
4.如权利要求3所述的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，其特征在于：压力盒位于钢拱架和隧道围岩临空面之间。
5.如权利要求3或4所述的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，其特征在于：隧道深度方向，每三至五米在隧道横断面布设一组压力盒。
6.如权利要求5所述的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，其特征在于：隧道横断面布设的压力盒位于隧道拱顶、拱腰和拱脚。
7.如权利要求6所述的隧道初期支护受力稳定性三维远程数字安全预警***，其特征在于：自动化数据采集仪和GPRS静态数据采集仪布设在隧道。
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