[发明专利]一种隧道塌方落石全自动实时监测-预警系统与方法

说明书

本发明公开了一种隧道塌方落石全自动实时监测‑预警系统及方法，包括信息采集单元、信息传输单元、信息分析单元和预警单元，其中：所述信息采集单元采集隧道内各个断面的图像和视频信息，确定最佳观测位置，对采集信息进行补偿和整平，将处理后的信息通过信息传输单元传输给信息分析单元，信息分析单元对监测信息进行分析，对不同种类的塌方设置预警等级，并根据预警等级进行预报，本发明解决了隧道监控量测人工测量时效性差，安全评价系统不规范的困难。

技术领域

本发明涉及一种隧道塌方落石全自动实时监测-预警系统与方法。

背景技术

随着发展战略的推进，我国隧道数量越来越多。隧道施工过程中，塌方是常见的围岩失稳破坏模式之一。由于其具有复杂的非线性和突发性等特征，难以预测，已成为隧道施工中一个极为突出的安全隐患，一旦发生塌方事故，将会造成施工困难、机械损毁、工期延误以至人员伤亡等巨大损失，此类隧道工程事故案例屡见不鲜。

监控量测是隧道施工的重要组成部分，从施工角度来说，围岩量测最大的作用就是能够根据变形量、变形速率等信息的变化进行分析和判断，确定相应的施工方案，对隧道的塌方、大变形进行预警，保障施工安全。通过监控量测，了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判断围岩的稳定性，支护、衬砌的可靠性；弥补理论分析过程中存在的不足，把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数；对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然。

目前国内外隧道工程监控量测的方法主要有两种：

1、接触式测量。采用收敛仪量测围岩的水平变形，用水准仪量测拱顶下沉。

接触式量测方法的优点是仪器价格便宜，操作简单。

2、非接触式测量。将反射膜片贴在测点处的预埋件上作为测点靶标，采用全站仪自由设站的方法，直接测存各测点的空间三维坐标，将信息导入围岩收敛分析软件进行分析。

相对于接触式测量，非接触式测量操作简单，测量信息精度高，同时具有快速、省力、信息处理自动化程度高等特点。由于测量时需要专业测量人员在隧道内实施作业，测量期间容易和其他施工工序发生冲突；测量时抗施工干扰的能力差；测线易被机械设备等障碍物遮挡；影响施工进度；另外无法对地下工程进行全时段、全过程的量测，无法及时的提供预报预警，不能有效的指导现场施工。

以往的隧道工程内虽然开展了大量的监控量测工作，但是落石、塌方的事故依旧频发，造成了重大的人员伤亡与经济损失。如何在隧道内全自动实时高精度监测-预警，是目前亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道塌方落石全自动实时监测-预警系统与方法，本发明在隧道内通过监测系统自动监测围岩变形信息，无线传输至监测-预警工作室进行信息分析，评价隧道施工的安全等级，根据分析结果对施工进行预警等级分类，指导现场施工，有效的预测隧道发生塌方落石的情况，实现隧道全自动实时监测-预警。本发明解决了隧道监控量测人工测量时效性差，安全评价系统不规范，对隧道塌方落石预测不准确的困难。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道塌方落石全自动实时监测-预警系统，包括信息采集单元、信息传输单元、信息分析单元和预警单元，其中：所述信息采集单元采集隧道内各个断面的图像和视频信息，确定最佳观测位置，对采集信息进行补偿和整平，将处理后的信息通过信息传输单元传输给信息分析单元，信息分析单元对监测信息进行分析，对不同种类的塌方设置预警等级，并根据预警等级进行预报。

所述信息采集单元包括一体化摄像头、可移动轨道和校准模块，所述一体化摄像头沿可移动轨道运动，测量不同断面的信息，所述校准模块含有两个后视基准点，埋设在距离掌子面最近的隧道二衬拱腰处，作为信息采集之前的定位基础，所述自动整平模块对采集的信息进行整平，以进行坐标定位。