[发明专利]全天候隧道初期支护塌陷预警系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种全天候隧道初期支护塌陷预警系统及使用方法，属于隧道施工安全领域。

背景技术

随着我国经济社会的飞速发展，高速公路、铁路等基础设施建设的投资越来越大，隧道是高速公路和铁路的重要组成部分，隧道具有改善路网走向和分布、节约土地等优点，可以极大缩短路网里程、减少弯道。

隧道由于空间狭窄、结构封闭、视线差、地形复杂，因此施工难度大，并且因为地质条件复杂、应力应变不均匀、施工过程中产生的冲击波等原因，在隧道施工过程中，容易出现隧道坍塌的情况。

随着隧道施工技术的进展，隧道挖掘出来后，会迅速用工字钢加固和混凝土初浇筑，并在随后用混凝土进行再加固，安全性大幅提高。但初期支护(再加固之前的隧道部分)墙体由于隧道地质条件复杂引起的应力、应变，总会在挖掘后发生一定量的变形，通常小于5cm的变形不会造成隧道初期支护面墙体的垮塌，但当变形量大于5cm时，容易导致隧道初期支护面墙体的急速突然垮塌，造成隧道“关门”现象，将在掌子面施工的人员困在里面。一旦发生“关门”事故，施工人员生命面临巨大威胁，救援工作复杂困难，容易引起灾难性的后果。因此，保证隧道施工安全至关重要。

传统的隧道初期支护变形安全监控主要依赖现场安全员的定期观察，主要观察隧道初期支护墙体顶部和腰部的变形情况，但安全员在隧道光线较暗的环境下难以观察相对较小的、不突出的变形和变化缓慢的累积变形，而且安全员只能间隔一定时间监测一次，不能实时监测，人在疲劳情况下监测的准确度也大为下降，从而造成严重的安全隐患。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术不足，提供一种全天候隧道初期支护塌陷预警系统及使用方法，它通过安装在距离隧道初期支护一定尺寸的姿态可调激光监测模块，实现隧道初期支护墙体下沉变形的全天候实时监测，并且在初期支护墙体下沉变形超过一定量时，发出安全预警信息，提示作业人员马上撤离。

本发明的技术方案是：主要包括UPS电源(1)、电控单元(2)、中央控制单元(3)、声光报警器开关控制模块(5)、声光报警器(6)、智能终端(4)、四台姿态可调激光监测模块(7、8、9、10)等。其特征在于：四台姿态可调激光监测模块(7、8、9、10)由4个激光测距传感器(20、25、30、35)、4个两自由度云台(16、21、26、31)、4个激光监测模块壳体(17、22、27、32)、4个微控制器(19、24、29、34)和4个蓝牙模块(18、23、28、33)等组成，电控单元(2)由开关电源(14)、电控单元壳体(15)、电源按钮(13)、复位按钮(12)、运行按钮(11)等组成；UPS电源(1)和电控单元(2)连接，电控单元(2)和中央控制单元(3)连接，中央控制单元(3)与四台姿态可调激光监测模块(7、8、9、10)连接，激光监测模块(7、8、9、10)中的激光测距传感器(20、25、30、35)通过螺丝分别固定在4个两自由度云台上(16、21、26、31)，四台激光监测模块(7、8、9、10)分别与声光报警器开关控制模块(5)连接，声光报警器开关控制模块(5)与声光报警器(6)连接。

所述的UPS电源(1)输出220V的交流电给电控单元(2)，电控单元(2)输出12V的直流电给四台两自由度云台(16、21、26、31)、中央控制单元(3)和声光报警器开关控制模块(5)，中央控制单元(3)将12V的直流电供给四台激光测距传感器(20、25、30、35)和微控制器(19、24、29、34)。

所述的电控单元(2)上有三个按钮，电源按钮(13)，该按钮控制着中央控制单元(3)电源的通断，当电源开关按下时，中央控制单元(3)电源接通；复位按钮(12)，当按下该按钮后，四台激光监测模块(7、8、9、10)同时上电，并进入复位模式下；运行按钮(11)，当按下该按钮后，四台激光监测模块(7、8、9、10)进入正常工作模式下。

所述的激光测距传感器(20、25、30、35)与微控制器(19、24、29、34)通过串行口连接，激光测距传感器(20、25、30、35)把测量得到的距离数据分别发送给微控制器(19、24、29、34)。

所述的蓝牙模块(18、23、28、33)安装在微控制器(19、24、29、34)上，微控制器(19、24、29、34)通过蓝牙模块(18、23、28、33)与智能终端(4)连接。