[发明专利]隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警方法与设施

说明书

技术领域

本发明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三维数字预警方法，本发明还涉及隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警设施。

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了威胁。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级支护体变形稳定性远程三维数字预警方法；本发明要解决的另一技术问题在于提供一种隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警设施；使用本发明提供的方法与设施，能够实时连续监测隧道初级支护稳定性，并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，完成对隧道支护结构的变形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：一种隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警方法，包括下述步骤：

a.选择被研究隧道作为远程三维数字安全预警设施的实施对象；收集该隧道施工区域围岩工程地质勘察资料，收集室内、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FLAC^3D建立隧道开挖支护体三维应变数值模型；

c.远程计算机基于差异进化算法（Differential Evolution, 简称DE）建立隧道初级支护体智能位移反分析模型；

d.远程计算机基于VTK(Visualization Toolkit)商业软件系统建立三维可视化安全预警平台；

e.在试作隧道初期支护的同时，在隧道断面布设数个SCA126T型双轴倾角传感器，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且加载到远程计算机建立的隧道开挖支护体三维应变数值模型以及隧道初级支护体智能位移反分析模型；

f.隧道开挖支护体三维应变数值模型以及隧道初级支护体智能位移反分析模型将得到的实测初级支护体变形数据，进行正、反分析，通过三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测变形值与正、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，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，从而完成隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警。

一种隧道初级支护体变形稳定性远程三维数字预警设施，包括数个双轴倾角传感器；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、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接双轴倾角传感器；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短信模块与多个手机无线信号通讯连接。

施工时，依据隧道施工现场情况，在隧道特定断面设置数个双轴倾角传感器。

本发明提供了一种将基于双轴倾角传感器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。本发明基于隧道施工区域地质勘察资料与FLAC^3D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；基于双轴倾角传感器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用户计算机，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位移数据，进行正、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，提高施工安全性。