[发明专利]一种隧洞裂缝检测及安全评价系统

权利要求书

1.一种隧洞裂缝检测及安全评价系统，其特征在于，包括数据库模块、工程信息模块、BIM模块、风险预估模块、裂缝检测模块和预测分析模块；

所述数据库模块包括监测数据采集模块和监测数据处理模块；所述监测数据采集模块用于采集并存储所有监测设备测得的原始监测数据；所述监测数据处理模块用于对所述原始监测数据进行预处理；

所述工程信息模块用于存放隧洞相关的模型信息，所述模型信息包括工程几何模型信息、有限元网格模型信息和隧洞周围地质信息；

所述BIM模块用于融合数据库模块、工程信息模块和预测分析模块的数据，并在前端构建系统总界面、展示界面和评价结果界面，所述系统总界面用于实现人机交互，所述展示界面用于展示裂缝的位置信息，所述评价结果界面用于展示最终的评价结果；

所述风险预估模块包括风险值计算模块和优化模块，用于根据监测数据异常情况得到可能的裂缝位置，初步选取隧洞局部位置相关性较大的测点对应的监测数据；

所述裂缝检测模块包括检测模块、分析模块和展示模块；所述检测模块用于开启分布在可能出现裂缝的位置周围的监测设备；所述分析模块用于建立监控模型，对监测数据进行分析，发现异常值；所述展示模块用于结合工程几何模型信息，在BIM模块中标明可能出现裂缝的位置并在展示界面展示；所述预测分析模块用于根据裂缝检测模块得到的隧洞运行状态和裂缝位置信息，建立多尺度模型，预测该位置的裂缝的发展趋势与隧洞安全状态；所述裂缝发展趋势包括主裂缝位置、主裂缝宽度和主裂缝周围开裂状况；所述隧洞安全状态包括隧洞安全预测分析及评价结果；

所述风险预估模块在得到裂缝大致位置的基础上，采用风险预估方法对隧洞监测数据进行初步挑选，剔除对隧洞的风险值影响较小的测点数据，选取有效的测点数据；具体方法包括以下步骤：

S1，选取需要分析的隧洞的范围Ω；

S2，计算该范围内的隧洞节段环的风险值；

S3，计算该范围内的总体风险值；

S4，建立优化框架，移除对总体风险值影响较小的节段环的测点数据；

计算Ω范围内的隧洞节段环的风险值的方法为：

测点i对于节段环A的风险分布为：

假设风险预估区域内有n个测点，则节段环A的风险值为：

假设区域Ω范围内有W个节段环，则该区域内的风险分布为：

其中，是测点i处出现裂缝的概率特征值；是测点i处出现裂缝后向周围出现渗漏的概率代表值；是节段环A的失效概率；C_A是节段环A偶然失效的概率。

2.根据权利要求1所述的一种隧洞裂缝检测及安全评价系统，其特征在于，所述监测设备包括探测管、发热系统和测温系统，所述探测管沿隧洞内壁轴向布置；所述发热系统包括发热带和恒温器，所述发热带用于对通过裂缝的渗流进行加热，所述恒温器用于对发热带进行恒温控制；所述测温系统包括光纤和光纤光栅传感器。

3.根据权利要求1所述的一种隧洞裂缝检测及安全评价系统，其特征在于，所述原始监测数据包括环境量变化、隧洞变形、渗流场变化、应力场变化和温度场变化。

4.根据权利要求1所述的一种隧洞裂缝检测及安全评价系统，其特征在于，步骤S3中，Ω范围内的总体风险值的表达式为：

其中，不在考虑范围内的一系列节段环U对于测点j的实际风险分布为：

在考虑范围内的一系列节段环M对于测点j的风险分布为：

其中，α是传感器的精度，P_D(m_f)是传感器m_f对测点j的风险预估影响。