[发明专利]深部隧道装配式通风竖井的自动化监测预警系统及施工方法

权利要求书

1.一种深部隧道装配式通风竖井的施工方法，其特征是：采用自动化监测预警系统，所述自动化监测预警系统包括设备感知层、网络传输层、数据分析层和运维管理层；

所述的设备感知层包括数据采集传感器，数据采集传感器用于采集竖井支护结构周围围岩及支护结构本身的受力和变形参数，并上传采集数据至网络传输层；

所述的网络传输层包括光纤、采集仪(13)、保护箱和天线，保护箱设置在竖井井壁上，采集仪(13)放置在保护箱中，采集仪(13)的输入端通过测量电缆线(14)连接数据采集传感器，采集仪(13)的输出端通过光纤连接设置在竖井井口的天线并向无线网发射信号，将采集的数据发送至后台服务器；

所述的数据分析层用于将后台服务器储存的监测数据进行计算分析，并形成时程曲线或效应曲线图，以得到竖井支护结构及周围围岩随竖井开挖的时间变化情况，对施工期和运营期的变化趋势进行预测预警；

所述的运维管理层包括初级反馈模块、监测预警模块、专家审查模块、预警处理模块和信息发布模块；初级反馈模块用于向监测预警模块反馈每个设备感知层硬件的采集数据和工程数据之间的关系；监测预警模块根据模块中设置的阈值实时判别支护结构和周围围岩是否需要预警；专家审查模块是对于已经超过阈值的数据，实时预报出监测的点位和监测类型，专家通过现场施工动态，判断支护结构和周围围岩的状态，是否需要发出预警通知及处理措施；预警处理模块是将分析的监测数据进行预警分级，利用不同等级的预警阈值采取对应的施工措施，将竖井施工风险降低，保障现场施工安全；信息发布模块是经过专家判别需要及时发布预警信息，向现场施工人员发出需要采取相关措施；

所述深部隧道装配式通风竖井的施工方法包括以下步骤：

步骤S1、在深部隧道装配式通风竖井开挖前，制定监测预警布点方案和支护方案，然后以正井法施工竖井，并进行波纹板初期支护施工；

步骤S2、随着支护结构的施作，在支护结构壁后、表面及围岩结构内部布置数据采集传感器，在支护结构表面布置缆线、采集仪和数据发射天线，构建数据采集系统；

步骤S3、数据采集系统获取的数据通过无线网络实时传输到后台服务器，通过数据的终端显示对监测数据进行梳理，通过支护结构的强度和刚度理论对支护结构进行评价；

步骤S4、根据支护结构的评价结果判断支护结构是否安全，若支护结构安全，进入下一步骤；

若支护结构不安全，对于已完成支护的施工段则加强支护，重新布置数据采集监测点，并返回步骤S3；对于尚未进行支护的施工段则调整支护参数，变更支护方案，继续进行支护施工，然后返回步骤S2；

步骤S5：判断支护结构是否经济，若支护结构经济，进入下一步骤；若支护结构不经济，则减弱支护参数，修改支护方案，然后进入下一步骤；

步骤S6：判断施工阶段是否完成；若未完成，则返回步骤S2；若完成，则修改监测预警条件进入运营期监测；

步骤S7、运营期监测预警。

2.根据权利要求1所述的一种深部隧道装配式通风竖井的施工方法，其特征是：所述的数据采集传感器包括：渗压计(1)、激光收敛计(2)、土压力计(3)、波纹板应变计(4)、轴力计(5)；

所述的渗压计(1)、激光收敛计(2)和土压力计(3)均布置在竖井富水地段，渗压计用于监测渗水压力和水流量，激光收敛计(2)用于监测竖井井壁净空收敛，土压力计(3)用于监测竖井周围的围岩压力；

所述的波纹板应变计(4)均匀布置在已完成支护的竖井段，用于监测波纹板应变；

所述的轴力计(5)布置在混凝土加强环(12)上端或下端，用于监测中隔墙支撑轴力。

3.根据权利要求1所述的一种深部隧道装配式通风竖井的施工方法，其特征是：所述的数据采集传感器还包括：钢筋计(6)、混凝土内应变计(7)和振动传感器(8)；

所述的钢筋计(6)布置在竖井富水地段的锚杆(16)上，用于监测锚杆轴力；

所述的混凝土内应变计(7)布置在混凝土加强环(12)内壁面，用于监测混凝土加强环(12)的混凝土内应力；

所述的振动传感器(8)布置在竖井的波纹板支护(17)内壁面，用于监测爆破施工时的爆破振动加速度。