CN111594194B - 一种盾构机作业状态监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构机作业状态监控***。该发明包括：工程GIS模块，包括多个显示区域，在一个显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；盾构监控模块，与工程GIS模块通讯连接，用于记录多个显示区域内的施工参数。通过本发明，解决了相关技术中大部分盾构机远程监控管理***的功能比较单一的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工领域，具体而言，涉及一种盾构机作业状态监控***。
背景技术
相关技术中，盾构施工法凭借其自动化程度高、对环境影响小、地层适应性强等特点，已被广泛应用于现今的城市地下工程项目建设的施工中。然而地下隧道开挖工程属于隐蔽工程，其盾构施工对周边环境及工程自身具有很高的风险性，尽管目前国内外对于盾构施工自动化管理、监测和控制***的研究取得了相应的成果，并在一些实际工程中得到了验证和成功应用，但大部分的***设计还仅仅是停留在对盾构施工条件和监测数据的整理和统计分析，特别是现有大部分盾构机远程监控管理***的功能还比较单一，缺乏对实际工程中施工参数，防护措施等施工要素的整理分析，在实际工程中的应用深度不够，因此加强地下工程建设中盾构施工安全风险监控与管理有着十分的必要性和紧迫性。
针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种盾构机作业状态监控***，以解决相关技术中大部分盾构机远程监控管理***的功能比较单一的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种盾构机作业状态监控***。该发明包括：工程GIS模块，包括多个显示区域，在一个显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；盾构监控模块，与工程GIS模块通讯连接，用于记录多个显示区域内的施工参数。
进一步地，盾构监控模块还包括：盾构机刀盘监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内存在的盾构机的刀盘信息和刀盘铰接的油缸信息，其中，刀盘信息至少包括以下信息：刀盘的推进进度、刀盘的转速、刀盘的扭矩、刀盘的总推力、刀盘的贯入度、刀盘的左右行程差、刀盘的上下行程差，油缸信息至少包括：刀盘与油缸之间的铰接力、油缸的油压。
进一步地，盾构监控模块还包括：泥水回路监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内的泥水回路示意图，泥水回路示意图中至少包括泥水回路所涉及的连接管道和泥水回路中的第一施工参数，其中，第一施工参数至少包括以下参数：泥水回路中的水压、泥水回路中食物的循环流量、泥水回路中的加压流量、泥水回路的排泥压力、泥水回路的送泥压力、泥水回路的送泥流量、泥水回路的送泥密度、泥水回路的排泥密度。
进一步地，盾构监控模块还包括：盾构姿态监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内存在的盾构机的盾构姿态信息，盾构姿态信息至少包括盾构机的掘进方向。
进一步地，工程GIS模块包括：第一视图子模块，用于显示断面采样点沉降槽视图，其中，断面采样点沉降槽视图中包括多个断面采样点所监测到的数据构成的曲线。
进一步地，工程GIS模块还包括：第二视图子模块，用于显示中轴线采样点沉降视图，其中，中轴线采样点沉降视图中包括多个中轴线采样点所监测到的数据构成的曲线。
进一步地，该监控***还包括：盾构数据监测模块，用于监测和显示不同施工工点中存在的盾构机的第二施工参数，其中，第二施工参数至少包括以下参数：施工工点名称、盾构机的编号、盾构机的盾构类型、盾构机的施工进度、盾构机的注浆压力、盾构机的注浆量、盾构机的出土量、盾构机的平均压力。
进一步地，该监控***还包括：分析模块，用于判断记录的第二施工参数信息是否有效，在第二施工参数信息有效的情况下，结合施工区域内的区域数据进行自动化分析，其中，区域数据至少包括以下数据：施工区域内的水文地质条件、施工区域内的岩土介质参数、施工区域内的载荷边界条件和施工区域内的支护设计形式。
进一步地，该监控***还包括：预警模块，用于基于工程GIS模块显示的多个预设施工范围内的施工状况，采集施工掘进过程中的第三施工参数，并通过第三施工参数生成地层变形预测预警值和盾构参数建议值。
通过本发明，采用以下部分：工程GIS模块，包括多个显示区域，在一个显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；盾构监控模块，与工程GIS模块通讯连接，用于记录多个显示区域内的施工参数，解决了相关技术中大部分盾构机远程监控管理***的功能比较单一的技术问题，进而达到了智慧施工的技术效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例提供的一种盾构机作业状态监控***的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明的实施例，提供了一种盾构机作业状态监控***。
图1是根据本发明实施例提供的一种盾构机作业状态监控***的示意图。如图1所示，该发明包括以下部分：工程GIS模块10，盾构监控模块20。
具体地，工程GIS模块10，包括多个显示区域，在一个显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；
具体地，盾构监控模块20，与工程GIS模块10通讯连接，用于记录多个显示区域内的施工参数。
上述地，盾构机作业状态监控***是一个集施工监测数据、施工信息以及施工管理信息于一体，能对海量施工数据进行处理分析，并通过数字化、可视化技术实现不同功能的智慧施工监控***。
具体地，该监控***主要包括工程GIS模块10和盾构监控模块20，其中，通过工程前期的地质勘探，卫星扫描以及数值模拟等技术手段，对施工地质及施工周边建(构)筑物信息统计分析，实现了盾构掘进过程中地质条件、周边建(构)筑物、工程措施的数字化，通过对施工地址与周边建筑物的数字化呈现，将施工过程中包括的多个盾构施工操作空间，多个盾构施工操作空间中的施工状况对应显示在工程GIS模块10中的多个显示区域内，因此，在显示区域内通过三维视图的形式对一个相对较小的施工范围内的施工状况进行显示。
进一步地，该监控***还包括盾构监控模块20，用于将盾构掘进中的地质条件、周边建筑物、工程措施数字化，包括隧道内部自身的盾构机参数——盾构机的姿态参数、压力参数及进出浆、注浆量参数从盾构机的传感设备采集显示出来，并将其上传到监测平台量化实现数字化处理。
其中，不同模块可以实现不同的功能，各个模块之间也存在相互联系和数据交换，共同构成智慧施工***。
本发明实施例提供的一种盾构机作业状态监控***，通过工程GIS模块10，包括多个显示区域，在一个显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；盾构监控模块20，与工程GIS模块10通讯连接，用于记录多个显示区域内的施工参数，解决了相关技术中大部分盾构机远程监控管理***的功能比较单一的技术问题，进而达到了智慧施工的技术效果。
可选地，盾构监控模块20还包括：盾构机刀盘监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内存在的盾构机的刀盘信息和刀盘铰接的油缸信息，其中，刀盘信息至少包括以下信息：刀盘的推进进度、刀盘的转速、刀盘的扭矩、刀盘的总推力、刀盘的贯入度、刀盘的左右行程差、刀盘的上下行程差，油缸信息至少包括：刀盘与油缸之间的铰接力、油缸的油压。
在本实施例中，提供了一个应用场景，即为京张高铁项目清华园隧道工程，其中，京张高铁项目清华园隧道工程的施工方式主要为大直径盾构施工，针对应用场景中的涉及的关键技术问题，开展了城市密集区复杂地质高风险大直径盾构隧道修建关键技术研究，为充分考虑大直径盾构施工的影响效应，且密切关注城市密集区环境复杂问题，形成了京张高铁中盾构机的状态监控***，主要功能包括工程GIS、盾构监控、监测数据、预测预警。
上述地，对盾构监控模块20还包括盾构机刀盘监控子模块，刀盘监控子模块用于显示任意一个预设施工范围内存在的盾构机的刀盘的信息和刀盘铰接的油缸信息，优选地，在刀盘监控子模块中以圆形显示区域对刀盘的信息和铰接油缸的信息，其中，一般将刀盘的推进速度、刀盘转速、刀盘的扭矩、刀盘的总推力、刀盘的贯入度、刀盘的左右、上下行程差等信息显示在圆形显示区域内。
进一步地，将与刀盘铰接的油缸信息以圆形显示区域的形式显示在刀盘监控子模块之内，其中，油缸信息至少包括刀盘与油缸之间的铰接力、油缸的油压。
需要说明的是，刀盘监控子模块可以对多个显示区域对应的预设施工范围内刀盘和油缸的信息任意切换显示。
可选地，盾构监控模块20还包括：泥水回路监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内的泥水回路示意图，泥水回路示意图中至少包括泥水回路所涉及的连接管道和泥水回路中的第一施工参数，其中，第一施工参数至少包括以下参数：泥水回路中的水压、泥水回路中食物的循环流量、泥水回路中的加压流量、泥水回路的排泥压力、泥水回路的送泥压力、泥水回路的送泥流量、泥水回路的送泥密度、泥水回路的排泥密度。
上述地，本实施例提供的盾构监控模块20还包括泥水回路监控子模块，也即对任意一个预设施工范围内的泥水回路通过示意图进行显示，泥水回路示意图中包括泥水回路的管道连接示意图和各个管道对应的泥水回路中的参数，包括泥水回路中的水压、泥水回路中食物的循环流量、泥水回路中的加压流量、泥水回路的排泥压力、泥水回路的送泥压力、泥水回路的送泥流量、泥水回路的送泥密度、泥水回路的排泥密度。
可选地，盾构监控模块20还包括：盾构姿态监控子模块，用于显示任意一个预设施工范围内存在的盾构机的盾构姿态信息，盾构姿态信息至少包括盾构机的掘进方向。
上述地，由于本实施例提供的是一种智慧监控***，因此，盾构监控模块20还包括盾构姿态监控子模块，用于监控任意一个预设施工范围内存在的盾构机的姿态信息，其中，通过示意图和图表或者三维动画的方式对盾构机的姿态信息进行显示，其中，盾构机姿态信息至少包括盾构机的掘进方向、盾构机的前部位置、盾构机的后部位置、盾构机的前点水平偏差、盾构机的前点垂直偏差、盾构机的后点垂直偏差、盾构机的后点水平偏差、盾构机的俯仰角、盾构机的TBM滚动角、盾构机的当前里程、盾构机的盾构水平趋向和盾构机的垂直趋向。
可选地，工程GIS模块包括：第一视图子模块，用于显示断面采样点沉降槽视图，其中，断面采样点沉降槽视图中包括多个断面采样点所监测到的数据构成的曲线。
可选地，工程GIS模块还包括：第二视图子模块，用于显示中轴线采样点沉降视图，其中，中轴线采样点沉降视图中包括多个中轴线采样点所监测到的数据构成的曲线。
上述地，在本实施例提供的京张高铁项目清华园隧道工程中存在多个断面采样点(断面测点)和中轴线采样点，通过本申请提供的监控***对多个断面采样点和多个中轴线采样点的监测，获取到多个数据，并通过获取的多个数据分别形成不同的曲线，其中，形成的不同曲线分别代表断面测点沉降槽视图和中轴线测点沉降视图。
可选地，该监控***还包括：盾构数据监测模块，用于监测和显示不同施工工点中存在的盾构机的第二施工参数，其中，第二施工参数至少包括以下参数：施工工点名称、盾构机的编号、盾构机的盾构类型、盾构机的施工进度、盾构机的注浆压力、盾构机的注浆量、盾构机的出土量、盾构机的平均压力。
具体地，该监控***还包括盾构数据监测模块，用于监测和显示不同施工工点中存在的盾构机的其他施工参数，如盾构机的施工进度、盾构机的注浆压力、盾构机的注浆量、盾构机的出土量、盾构机的平均压力等，盾构监测模块可以对盾构机的自身信息和施工工点的信息进行监测并显示，如施工工点名称、盾构机的编号、盾构机的盾构类型。
上述地，通过盾构监控模块和盾构数据监测模块，可以真实反映整个施工过程盾构机施工参数的变化，实现盾构机姿态监控，同时也实现了盾构机参数、工点位置信息、时间的准确匹配，为研究盾构机参数的变化规律以及盾构机参数和盾构机施工效应之间的关系提供了宝贵的原始数据。
可选地，该监控***还包括：分析模块，用于判断记录的第二施工参数信息是否有效，在第二施工参数信息有效的情况下，结合施工区域内的区域数据进行自动化分析，其中，区域数据至少包括以下数据：施工区域内的水文地质条件、施工区域内的岩土介质参数、施工区域内的载荷边界条件和施工区域内的支护设计形式。
可选地，该监控***还包括：预警模块，用于基于工程GIS模块显示的多个预设施工范围内的施工状况，采集施工掘进过程中的第三施工参数，并通过第三施工参数生成地层变形预测预警值和盾构参数建议值。
上述地，通过分析模块对所采集的数据进行有效性、准确性有所判别，能够根据监测数据，并结合实际的水文地质条件、岩土介质参数、载荷边界条件和支护设计形式等条件进行综合性的自动化分析。
同时，预警模块针对异常数据有自动预警功能，能够及时地以通知、短信等形式向相关管理人员发送预警信息，并触发异常事件处理流程，督促相关管理人员处理，并对异常数据自动进行跟踪，且形成相关跟踪报告(含数据异常的变化趋势及处理建议)。
具体地，为***整理盾构施工掘进过程中的地层变形监测数据、工程地质资料和盾构施工参数等信息，采用多种方法分析预测盾构施工过程中地层变形变化趋势，并给出相关的地层变形预测预警值以及盾构参数建议值，并对比分析预测数据和实测数据，分析评价模型的实际预测效果。
需要说明的是，本申请提供的盾构机作业状态监控***，目前在京张高铁清华园隧道工程的应用十分可靠，成功实现了基于信息化、智能化、可视化等现代先进技术的清华园隧道科学化、精细化施工目标。在盾构穿越多个风险源的时候，通过3D模型提前展示隧道与周边环境的关系，并且能够通过软件模拟分析盾构掘进过程对周边环境的影响值进而推荐盾构掘进参数，在盾构推进过程中结合地面测量数据，及时反馈地面沉降量提前预警盾构操作人员。相比传统的盾构掘进参数和监测数据的统计，大部分需要人为分析数据并做出相应的对策处理，盾构掘进施工***大大的简化了人为干预的流程，不仅能够预警信息并进行自动判别，加快了应对风险的响应速度和处理效率，降低了安全事故的概率，提高了隧道施工的风险管控能力，通过本申请提供的盾构机作业状态监控***初步实现了盾构施工全过程的可视化动态管理。
还需要说明的是，可以通过客户端与盾构机作业状态监控***进行通讯连接，以便实时掌握多个盾构机的实时情况，还可以通过日志的形式将盾构机的实时数据上传至客户端以便工程监测人员对多个盾构机的状态进行实时掌握。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种盾构机作业状态监控***，其特征在于，包括：
工程GIS模块，包括多个显示区域，在一个所述显示区域内通过三维视图的形式对应显示一个预设施工范围内的施工状况；
盾构监控模块，与所述工程GIS模块通讯连接，用于记录多个所述显示区域内的施工参数；
所述工程GIS模块包括：第一视图子模块，用于显示断面采样点沉降槽视图，其中，所述断面采样点沉降槽视图中包括多个断面采样点所监测到的数据构成的曲线；
所述工程GIS模块还包括：第二视图子模块，用于显示中轴线采样点沉降视图，其中，所述中轴线采样点沉降视图中包括多个中轴线采样点所监测到的数据构成的曲线；
所述监控***还包括：
盾构数据监测模块，用于监测和显示不同施工工点中存在的盾构机的第二施工参数，其中 ，所述第二施工参数至少包括以下参数：所述施工工点名称、所述盾构机的编号、所述盾构机的盾构类型、所述盾构机的施工进度、所述盾构机的注浆压力、所述盾构机的注浆量、所述盾构机的出土量、所述盾构机的平均压力；
所述监控***还包括：
分析模块，用于判断记录的所述第二施工参数信息是否有效，在所述第二施工参数信息有效的情况下，结合施工区域内的区域数据进行自动化分析，其中，所述区域数据至少包括以下数据：所述施工区域内的水文地质条件、所述施工区域内的岩土介质参数、所述施工区域内的载荷边界条件和所述施工区域内的支护设计形式；
所述盾构监控模块还包括：
泥水回路监控子模块，用于显示任意一个所述预设施工范围内的泥水回路示意图，所述泥水回路示意图中至少包括所述泥水回路所涉及的连接管道和所述泥水回路中的第一施工参数，其中，所述第一施工参数至少包括以下参数：所述泥水回路中的水压、所述泥水回路中食物的循环流量、所述泥水回路中的加压流量、所述泥水回路的排泥压力、所述泥水回路的送泥压力、所述泥水回路的送泥流量、所述泥水回路的送泥密度、所述泥水回路的排泥密度。
2.根据权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述盾构监控模块还包括：
盾构机刀盘监控子模块，用于显示任意一个所述预设施工范围内存在的所述盾构机的刀盘信息和刀盘铰接的油缸信息，其中，所述刀盘信息至少包括以下信息：所述刀盘的推进进度、所述刀盘的转速、所述刀盘的扭矩、所述刀盘的总推力、所述刀盘的贯入度、所述刀盘的左右行程差、所述刀盘的上下行程差，所述油缸信息至少包括：所述刀盘与油缸之间的铰接力、所述油缸的油压。
3.根据权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述盾构监控模块还包括：
盾构姿态监控子模块，用于显示任意一个所述预设施工范围内存在的所述盾构机的盾构姿态信息，所述盾构姿态信息至少包括所述盾构机的掘进方向。
4.根据权利要求1所述的监控***，其特征在于，所述监控***还包括：
预警模块，用于基于所述工程GIS模块显示的多个所述预设施工范围内的施工状况，采集施工掘进过程中的第三施工参数，并通过所述第三施工参数生成地层变形预测预警值和盾构参数建议值。
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