[发明专利]一种隧道联络通道冻结施工安全预警分析仪及其工作方法

权利要求书

1.一种隧道联络通道冻结施工安全预警分析仪，其特征在于：包括前端光纤光栅传感器、数据采集装置、数据分析装置、监测预警装置和显示装置；

前端光纤光栅传感器，用于感知联络通道冻土施工中温度及应变的变化；前端光纤光栅传感器包括传感器、光纤线缆和法兰盘，使用时将光纤光栅传感器植入被冷冻土体或固定在隧道管片上，用法兰盘将传感器与光纤线缆连接，并串联至数据采集装置；

数据采集装置，用于实时连续采集前端光纤光栅传感器测出的波长数据；

数据分析装置，由数据存储、数据计算、数据分析和数值模拟耦合模块构成，能将采集的光纤光栅传感器的波长数据进行实时的分类存储、计算、分析；得出相应的温度、应变、位移及应力，并进行多场耦合；

监测预警装置，由监测点预警和安全评估模块构成，将数据分析装置计算出的结果进行冻结施工实时安全状态分析，对单测点及施工状态进行实时安全评估，并根据分析结果进行预警；

显示装置，将评估结果进行空间的可视化显示，由单测点的动态时程变化曲线、静态时程变化曲线，单测点的动态安全状态及结构的动态安全状态构成；

所述前端光纤光栅传感器的输出端与数据采集装置相连，数据采集装置与数据分析装置相连，数据分析装置的输出端与监测预警装置相连，监测预警装置与显示装置相连。

2.一种如权利要求1所述的隧道联络通道冻结施工安全预警分析仪的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）在土层中及隧道管片上预埋光纤光栅传感器，并将光纤光栅传感器与数据采集装置串联；

（2）在现场通过数据采集装置实时采集数据并进行存储；

（3）数据分析装置将采集的光波数据实时进行计算得出温度、应变、位移及应力变化，并进行实时多场数值模拟分析；

（4）监测预警装置对施工的安全状态进行实时评估并进行预警；

（5）在显示装置中对施工的安全状态进行显示，实现结构安全的空间可视化。

3.根据权利要求2所述的一种隧道联络通道冻结施工安全预警分析仪的工作方法，其特征在于所述的数据分析装置处理流程如下：

第一步，预处理，将初始存储的数据导出，并进行分类区分，得出各传感器测点的各监测时刻波长；

第二步，单测点数据解析，对所测波长进行计算，得出单测点对应的每个监测时刻的温度、应变、位移及应力；并能自动绘制出动态、静态的时程图；

第三步，多场数值模拟，根据单测点的监测结果进行空间等数值模拟，并进行多场耦合。

4.根据权利要求2所述的一种隧道联络通道冻结施工安全预警分析仪的工作方法，其特征在于所述监测预警装置及显示装置处理流程如下：

第一步，模型建立，根据施工图纸，建立被测物体空间三维模型；

第二步，单测点实时预警，根据数据分析装置计算出的单测点的实时变化量采用绿、黄、红三级实时预警；

第三步，结构安全状态实时预警，根据数据分析装置空间等数值模拟的耦合结果对结构采用绿、黄、橙、红四级实时预警；

第四步，安全状态空间可视化，根据各测点及结构的安全状态，在显示装置上进行区别显示。