[发明专利]一种基于空间时间参数的隧道施工风险管控系统

权利要求书

1.一种基于空间时间参数的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述隧道施工风险管控系统至少包括多个地面三维激光扫描装置和多个数据处理模块，其中，

第一数据处理模块(1)被配置为：对由多个地面三维激光扫描装置获取到的每一个隧道区段表面的多个三维点云数据及其在空间坐标系下对应的三维坐标进行数据处理，以确定所述三维坐标中的连续隧道区段表面之间的空间相关函数，基于所述空间相关函数指示导入的BIM三维信息化模拟模型进行校正，以获得动态更新的待建隧道的BIM三维信息化测量模型，

第二数据处理模块(2)被配置为：对空间相关函数内的不同隧道区段表面的检测值进行分析并确定每一个隧道区段表面的时变空间相关函数，基于所述时变空间相关函数指示每一个隧道区段表面随时间的变化趋势，并对计算得到的表面变化值与预设变化阈值之间进行判断，对超出该预设变化阈值的隧道区段进行自动预警，

其中，空间相关函数被定义为在一维空间下，空间相关函数δ(h)为三维点云数据Z(i)在一维空间坐标的x轴方向上的空间相关函数，其中，所述空间相关函数用于指示所述隧道区段表面在同一时刻下不同测点的空间位置，并且时变空间相关函数能够基于所述空间相关函数δ(h)的建立，对相应的隧道区段表面进行拟合。

2.根据权利要求1所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述隧道施工风险管控系统还包括第三数据处理模块(3)，第三数据处理模块(3)被配置为在盾构机进行掘进前导入待建隧道的BIM三维信息化模拟模型，并基于分段条件对该BIM三维信息化模拟模型进行穿越风险源分段，将该待建隧道沿其长度方向分为多个隧道区段，在盾构机掘进过程中指示至少一个地面三维激光扫描装置扫描每一个正在施工的隧道区段表面。

3.根据权利要求2所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述第一数据处理模块(1)还用于与所述第二数据处理模块(2)进行信息交互，所述第一数据处理模块(1)基于由所述第二数据处理模块(2)生成的所述变化趋势与所述分段条件相结合并重新对该待建隧道进行穿越风险源分段，并基于重新分段后获得的隧道区段指示隧道环境监测点的布置位置以及隧道环境监测点的监测频率。

4.根据权利要求3所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述分段条件包括盾构机机身所受的压力变化阈值、盾构机当前掘进的隧道区段的地质变化阈值、当前穿越隧道区段所处的地区等级变化阈值、待建隧道相对表面地层的隧道埋深阈值、当前穿越隧道区段所处的穿越河流阈值、当前隧道区段下盾构机的位移偏移阈值中的一个或多个。

5.根据权利要求4所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述第二数据处理模块(2)还用于计算该待建隧道的中心轴线移位变形，所述第二数据处理模块(2)根据在所述第三数据处理模块(3)处理中计算得到第i节隧道区段的中心坐标和方向向量，并用第i节隧道区段的中心坐标和法向量估算第i+1节隧道区段的中心坐标，然后用第i+1节隧道区段的中心坐标和法向量估算第i+2节隧道区段的中心坐标，依次计算得到了该待建隧道的中轴线的各坐标值(x′,y′,z′)，将第i节隧道区段的中心坐标的基准值(x,y,z)中的x与每次测量获得的第i节隧道区段的中心坐标(x′,y′,z′)中的x′比较，得到Δ＝x′-x，Δ就是第i节隧道区段的位移偏移量。

6.根据权利要求5所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述第一数据处理模块(1)在盾构机进行掘进前确定隧道区段长度与彼此均不相同的至少三个连续隧道区段，并基于至少三个连续隧道区段表面之间的空间相关函数指示所述BIM三维信息化模拟模型的初步校正过程，该初步校正过程能够为后续盾构机施工提供初步参数优化。

7.根据权利要求6所述的隧道施工风险管控系统，其特征是，所述第二数据处理模块(2)用于从所述空间相关函数中提取与各个隧道区段表面相关的特征集合以及其特征集合的时间变化曲线，并通过对在预定周期内所提取到的特征集合进行数据处理，以生成关于所提取到的特征集合的时间变化曲线的变化趋势，并基于预设变化阈值对各个隧道区段表面的变形情况进行分析。