CN211291565U - 一种隧道施工动态监测和预警*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于隧道地质技术领域。一种隧道施工动态监测和预警***及其实现方法,该***包括超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台;所述超前预报单元的输出端通过无线通信模块电性连接所述隧道地质分析和判断单元,所述隧道地质分析和判断单元的输出端电性连接所述隧道灾害分析单元,所述超前预报单元、隧道地质分析和判断单元以及隧道灾害分析单元的输出端电性连接所述管理控制平台。本实用新型能够对隧道地质条件进行全面的勘查和数据分析判断,对隧道洞内的围岩变形、隧道洞内灾害等不良地质体进行实时监测和预警,减少事故发生率。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道地质技术领域,具体涉及一种隧道施工动态监测和预警***。
背景技术
伴随国民经济的快速发展,近些年我国公路交通建设蓬勃发展,高速公路建设规模不断扩大。目前我国己成为世界上隧道数目最多、情况最复杂、发展最快的国家。而公路隧道施工地质条件复杂,存在很多不确定因素,施工工期会受到影响,发生突发事件的概率也不断增大。
隧道施工工作内容较多且较为复杂,在隧道开挖施工过程中经常出现突发大规模塌方、冒顶、突水、涌泥等工程事故并诱发地表塌陷、地表水资源枯竭及地表生态环境等灾害。需要应运用科学、先进***控制理论和方法,来解决和管理这些复杂的问题,从而确保控制隧道的安全。在隧道动态施工及预警发展上,隧道施工过程的灾害预警还仍处在起步阶段,由于地质条件及灾害诱发因素的复杂性、多样性,致使灾害前兆信息较难捕捉,加之动态监测技术的不成熟和研究理论的不完善,超前地质预报工作不能够对地质条件进行全面的勘查和数据分析判断,影响了施工的正常进行。因此,对于隧道的地质勘察、地质灾害突发性及风险评估、风险源辨识及预警技术等方面展开研究成为了隧道施工中亟待解决的关键问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足,本实用新型的目的在于提供一种隧道施工动态监测和预警***,能够对隧道地质条件进行全面的勘查和数据分析判断,对隧道洞内的围岩变形、隧道洞内灾害等不良地质体进行实时监测和预警,减少事故发生率,消除安全隐患。
本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题:
一种隧道施工动态监测和预警***,包括超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台;所述超前预报单元的输出端通过无线通信模块电性连接所述隧道地质分析和判断单元,所述隧道地质分析和判断单元的输出端电性连接所述隧道灾害分析单元,所述超前预报单元、隧道地质分析和判断单元以及隧道灾害分析单元的输出端电性连接所述管理控制平台。
进一步的,所述超前预报单元包括超前预报控制器、工程地质调查装置、物理探测装置和超前水平钻探装置;所述超前预报控制器分别与所述工程地质调查装置、超前水平钻探装置、物理探测装置电性连接。
进一步的,所述工程地质调查装置包括数码相机、激光测距仪和照明装置;所述数码相机设置在掌子面的正前方,用于完整拍摄整个掌子面的图像,所述激光测距仪与数码相机并排设置,所述照明装置设置在数码相机的非成像区域。
进一步的,超前水平钻探装置包括全液压钻机。
进一步的,所述物理探测装置包括地质雷达探测器、地震波探测仪、陆地声纳仪及红外线探测仪。
进一步的,所述管理控制平台包括显示器、数据存储器、报警器和管理控制器;所述显示器、数据存储器、报警器分别与所述管理控制器电性连接。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
1.本实用新型的隧道施工动态监测和预警***勘探形式多样且结果准确。通过无线传输技术,把超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台形成一体化的监测预警***,提前对灾害进行评估预测并进行预警。
2.本实用新型充分利用工程地质调查装置、超前水平钻探装置以及物理探测装置能够直接地揭示掌子面前方围岩的地质特征,获得更准确的地质参数。通过设置隧道地质分析和判断单元,***能进行分析及智能学习,判别地层及相关数据分析及判断是否存在断裂破碎带,推动智能隧道的施工建设。通过设置隧道灾害分析单元,能够对超前预报单元获取的地质真实情况及隧道地质分析和判断单元的判断结果进行风险管理,对隧道进行灾害判断、分类,预估继续掘进隧道是否会发生灾害、灾害发生的概率情况以及灾害影响的范围,实现地质灾害的概率评估及预判。本实用新型还能够对隧道工程的施工过程进行监测预警,构建隧道施工安全风险预警体系,为类似工程实现全方位、动态的隧道施工提供参考,一旦监测到有施工安全危险便作出预警,减少安全事故的发生,消除安全隐患,避免人员伤亡。并且能够对隧道施工全过程的数据进行储存,形成隧道全过程地质数据库,不断增大数据库识别危险的能力。
附图说明
图1是本实用新型一种隧道施工动态监测和预警***的***框图;
图2是本实用新型一种隧道施工动态监测和预警***的使用流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。需要说明的是,本实用新型的具体实施例只是为了能更清楚的描述技术方案,而不能作为本实用新型保护范围的一种限制。
请参阅图1-图2,一种隧道施工动态监测和预警***,包括超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台;所述超前预报单元的输出端通过无线通信模块电性连接所述隧道地质分析和判断单元,所述隧道地质分析和判断单元的输出端电性连接所述隧道灾害分析单元,所述超前预报单元、隧道地质分析和判断单元以及隧道灾害分析单元的输出端电性连接所述管理控制平台;
所述超前预报单元用于隧道掌子面超前探查,获取施工作业前方地质情况;
所述隧道地质分析和判断单元用于录入隧道规范设计参数和超前预报单元采集的信息,分析及判断掘进隧道是否存在不良地质体,进而预测隧道设计参数是否需要修正;通过设置隧道地质分析和判断单元,***能进行分析及智能学习,判别地层及相关数据分析及判断是否存在断裂破碎带,推动智能隧道的施工建设。
所述隧道灾害分析单元用于结合超前预报单元获取地质真实情况及隧道地质分析和判断单元的判断结果,进行灾害判断、分类,预估是否会发生灾害、灾害发生的概率情况以及灾害影响的范围;通过设置隧道灾害分析单元,能够对超前预报单元获取的地质真实情况及隧道地质分析和判断单元的判断结果进行风险管理,对隧道进行灾害判断、分类,预估继续掘进隧道是否会发生灾害、灾害发生的概率情况以及灾害影响的范围,实现地质灾害的概率评估及预判。
所述管理控制平台用于根据隧道灾害分析单元的预估结果,进行最终决策判断,实现对隧道不良地质、围岩形变和隧道环境的实时监测和预警,并将隧道施工全过程的数据进行储存,形成隧道全过程地质数据库。本实用新型还能够对隧道工程的施工过程进行监测预警,构建隧道施工安全风险预警体系,为类似工程实现全方位、动态的隧道施工提供参考,一旦监测到有施工安全危险便作出预警,减少安全事故的发生,消除安全隐患,避免人员伤亡。并且能够对隧道施工全过程的数据进行储存,形成隧道全过程地质数据库,不断增大数据库识别危险的能力。
本实用新型的隧道施工动态监测和预警***勘探形式多样且结果准确。通过无线传输技术,把超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台形成一体化的监测预警***,提前对灾害进行评估预测并进行预警。本实用新型针对我国公路山岭隧道施工中存在的安全问题,结合风险管理的思想,根据隧道施工安全风险的基本特征,利用现有超前预报的手段以隧道施工超前预报及监测为依据,对在不同的施工方案下,施工检测点进行深入地研究,通过对预报检测所得数据的处理及分析,对隧道围岩的稳定性做出判别,各***及作业平台数据信息采用无线传输方式传送,汇集于管理控制平台进行储存及分析,形成监测与预警一体化的***。
所述超前预报单元包括超前预报控制器、工程地质调查装置、物理探测装置和超前水平钻探装置;所述超前预报控制器分别与所述工程地质调查装置、超前水平钻探装置、物理探测装置电性连接;所述工程地质调查装置用于收集隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质以及水文地质的信息;所述物理探测装置通过雷达、地震波、陆地声纳及红外探测对隧道中心及两侧进行探测;所述超前水平钻探装置用于对待掘进隧道区域进行不良地质数据采集与印证,进行不良地质超前预报。本实用新型充分利用工程地质调查装置、超前水平钻探装置以及物理探测装置能够直接地揭示掌子面前方围岩的地质特征,获得更准确的地质参数。
所述工程地质调查装置包括数码相机、激光测距仪和照明装置;所述数码相机设置在掌子面的正前方,用于完整拍摄整个掌子面的图像,所述激光测距仪与数码相机并排设置,所述照明装置设置在数码相机的非成像区域。激光测距仪用于确定数码相机的安装位置,还辅助测量隧道衬砌表面的平整程度、确定节理参数;采用数码相机、激光测距仪和照明装置三种仪器结合对掌子面的信息进行采集,使掌子面地质记录***记录的数据更全面、准确,为地质数据采集预测打下良好的基础。
在本实用新型实施例中,超前水平钻探装置包括ZYG-150型全液压钻机。所述物理探测装置包括RIS-2KA地质雷达探测器、TSP地震波探测仪、LDS1A陆地声纳仪及HY-303红外线探测仪。
进一步的,所述管理控制平台包括显示器、数据存储器、报警器和管理控制器;所述显示器、数据存储器、报警器分别与所述管理控制器电性连接。预警措施为,当预测到危险信息后,采用LED显示器呈现危险的具***置,并通过报警器进行语音播报,提醒现场施工人员,此外,工作人员也可以通过APP在终端实时观察隧道地层情况,为工作人员对隧道施工采取措施提供依据。
本实用新型一种隧道施工动态监测和预警***的实现方法,该方法包括如下步骤:
(1)按管理控制平台界面要求录入隧道周边环境参数和隧道设计参数;
(2)对掘进隧道进行开挖,启动工程地质调查装置,对掘进隧道掌子面进行地质调查与素描;隧道***开挖后通过地质素描手段,及时掌握掌子面地质状况,通过和设计资料对比,为隧道掘进提供地质情况预报。
(3)依据开挖情况,选取合适的超前地质预报方法进行预报,采用物理探测装置或超前水平钻探装置对隧道掌子面进行超前探测;
采用地震波探测仪探测时,获取隧道掌子面前方100-150m范围内存在的岩性变化带的位置数据;
采用红外线探测仪能够探测隧道隐伏含水构造,利用不同物体辐射场场强差异,对隧道前方的隐伏含水构造进行跟踪探测。探测时,获取隧道掌子面前方35-40m范围内的含水***置及规模数据;
采用陆地声纳仪探测时,获取隧道掌子面前方30-35m范围内的不良地质体的空间位置数据;陆地声纳仪主要是将击震锤产生的信号、传感器采集的数据传输给主机,使用这种方式能够快速地将数据传输给主机,通过时间剖面图及显示图可作为地质判定及计算不良地质体的空间位置。具有工作时间短、操作简单、震源用锤击、工作人员少等优点。
采用地质雷达探测器探测时,获取隧道掌子面前方25-30m范围内的不良地质体的具***置和规模数据,尤其是对含水地质体探测效果较佳;地质雷达的发射天线发出微波频段的电磁波后,遇到不均匀介质或介质常数有差异时会发生反射,反射信号由接收天线接收记录,经微机处理形成雷达剖面图。对雷达剖面图进行分析,得到掌子面前不良地质体的具***置和规模。
采用超前水平钻探装置探测时,在隧道掘进方向每20m探测一次,在掘进隧道掌子面周边均匀布置5个水平钻孔,孔深6-8m,获取掌子面前方不良地质的位置、规模、性质以及地下水量和水压等数据;采用超前水平钻机钻进过程中钻速和钻碴等的变化对掘进面前方较短距离内的地质进行判断,进一步探明隧道掌子面前方的隧道围岩地质状况与水文地质的具体情况,根据探孔钻进的时间、速度、压力、成分以及钻芯和岩性构造性质以及地下水情况,掌握隧道前方的地质条件与水文条件,能提高其预告的准确度。
(4)通过隧道地质分析和判断单元对隧道规范设计参数进行录入,并能根据超前水平钻探装置和物理探测装置的探测信息进行分析及智能学习,结合风险管理形成***现场经验判断,根据地层及相关数据分析及判断隧道是否存在不良地质体以及不良地质体的准确空间位置,进而预测隧道设计参数是否需要修正;根据多种探测手段的探测结果进行综合分析,互相验证,提出预测意见和工程措施建议,及时反馈,以调整优化设计,进一步改进和完善施工工艺和方法,实现信息化动态施工管理;
(5)通过所述隧道灾害分析单元结合超前预报单元获取的地质真实情况及隧道地质分析和判断单元的判断结果,进行隧道灾害判断以及分类,预估继续掘进是否会发生灾害、灾害发生的概率情况以及灾害影响的范围;
(6)所述管理控制平台根据隧道灾害分析单元的预估结果,进行最终决策判断,生成相应的处置方案,实现对隧道不良地质、围岩形变和隧道环境的实时监测和预警,并将隧道施工全过程的数据进行储存,形成隧道全过程地质数据库。
本实用新型利用超前地质预报技术来及时获取掌子面前方地质及水文条件,得到这些数据信息后利用数据分析技术处理之后评价并修正原来的隧道设计施工参数,如果发现实际测量预报信息与原有的相关开挖方案出现较大差异,则需对开挖方案及施工工艺进行调整、优化。
上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围,凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均应属于本实用新型所涵盖专利范围。
Claims (6)
1.一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:包括超前预报单元、隧道地质分析和判断单元、隧道灾害分析单元和管理控制平台;所述超前预报单元的输出端通过无线通信模块电性连接所述隧道地质分析和判断单元,所述隧道地质分析和判断单元的输出端电性连接所述隧道灾害分析单元,所述超前预报单元、隧道地质分析和判断单元以及隧道灾害分析单元的输出端电性连接所述管理控制平台。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:所述超前预报单元包括超前预报控制器、工程地质调查装置、物理探测装置和超前水平钻探装置;所述超前预报控制器分别与所述工程地质调查装置、超前水平钻探装置、物理探测装置电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:所述工程地质调查装置包括数码相机、激光测距仪和照明装置;所述数码相机设置在掌子面的正前方,用于完整拍摄整个掌子面的图像,所述激光测距仪与数码相机并排设置,所述照明装置设置在数码相机的非成像区域。
4.根据权利要求1所述的一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:超前水平钻探装置包括全液压钻机。
5.根据权利要求2所述的一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:所述物理探测装置包括地质雷达探测器、地震波探测仪、陆地声纳仪及红外线探测仪。
6.根据权利要求1所述的一种隧道施工动态监测和预警***,其特征在于:所述管理控制平台包括显示器、数据存储器、报警器和管理控制器;所述显示器、数据存储器、报警器分别与所述管理控制器电性连接。
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