地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统.pdf

1、10申请公布号CN102691524A43申请公布日20120926CN102691524ACN102691524A21申请号201210206492022申请日20120621E21F17/1820060171申请人中铁二十一局集团有限公司地址730000甘肃省兰州市城关区和平路63号72发明人唐述林74专利代理机构甘肃省知识产权事务中心62100代理人刘继春54发明名称地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统57摘要本发明基于FLAC3D之流体固体相互作用分析技术原理、地下水动力学理论等，建立地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型；并基于VTK商业软件系统，建立地下工程施工突水突泥

2、远程数字三维可视化安全预警平台；采集孔隙水压力数据，将实时监测数据传输并加载到远程计算机特定围岩孔隙水渗流数值模型；围岩孔隙水渗流数值模型将得到的实测数据进行分析，由地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台进行展现；将实测孔隙水压力值与孔隙水渗流数值模型给出的孔隙水压力阈值进行比较分析后，对围岩孔隙水压力变化情况进行分级预警，预警信息以手机短信方式发送至现场施工与地面管理人员的手机，完成地下工程施工突水突泥远程数字智能预警。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页1/1页21一种地下工程施工突水突泥

3、远程数字智能预警方法，其特征在于包括下述步骤A选择被研究的地下工程作业区作为地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统系统实施的对象；收集被研究的地下工程作业区域围岩工程地质参数以及围岩突水突泥性等水力学参数，收集地下工程作业区设计参数信息资料；B基于步骤A收集的围岩工程地质参数、围岩突水突泥性等水力学参数以及设计参数信息资料；远程计算机基于连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D之流体固体相互作用分析技术原理、地下水动力学理论以及地下工程作业区围岩水力学特性，建立地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型；C远程计算机基于VTK即VISUALIZATIONTOOLKIT商业软件系统，建立地

4、下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台；D在地下工程作业区上、中、下部位安装孔隙水压力计，采集孔隙水压力数据，将实时监测数据传输并加载到远程计算机地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型；E地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型将得到的实测数据，进行分析，通过地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测的孔隙水压力值与孔隙水渗流数值模型给出的孔隙水压力阈值进行比较分析后，对围岩孔隙水压力变化情况进行分级预警，预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至现场施工管理相关人员以及地面管理人员的手机，从而完成地下工程施工突水突泥远程数字智能预警。2

5、如权利要求1所述的一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法，其特征在于步骤D孔隙水压力计采集的孔隙水压力数据，通过自动化数据采集仪发送至GPRS静态数据采集仪，再通过GPRS静态数据采集仪附近的通信发射基站发至商用卫星，之后传输到通信接收基站，进入互联网传输到用户远程计算机并调用隧道智能位移反分析模型。3一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，包括多个孔隙水压力计；其特征在于还包括依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接孔隙水压力计；自动化数据采集仪输出端无线连接GPRS静态数据采集仪

6、，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMDTU短信模块与数个手机无线信号通讯连接。4如权利要求3所述的一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，其特征在于多个孔隙水压力计连接在一根主连接线上，主连接线与自动化数据采集仪输入端相连接。5如权利要求3或4所述的一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，其特征在于自动化数据采集仪和GPRS静态数据采集仪设置于隧道。6如权利要求5所述的一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，其特征在于孔隙水压力计

7、设置在隧道拱顶、拱腰与拱脚。权利要求书CN102691524A1/3页3地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统技术领域0001本发明属于隧道以及地下工程施工领域，用于隧道与地下工程施工过程以及矿山开采施工中突水突泥安全监控和预警；具体涉及一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法，本发明还涉及地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统。背景技术0002隧道穿越江河以及海底隧道以及高地下水位区域等地下工程施工以及矿山开采施工中，突水突泥安全控制问题始终是个难题。这类地下工程施工以及矿山开采中突水突泥事故经常发生，对施工人员的生命安全构成了威胁。因此开发地下工程施工突水突泥远程数字预警具有

8、十分重要的实际意义。国内外在地下工程施工突水突泥远程数字预警系统研究方面尚少，截至目前尚未见集围岩特定孔隙水渗流数值模型以及地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台于一体的地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统的文献报道。发明内容0003本发明要解决的技术问题在于提供一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法，本发明要解决的另一技术问题在于提供一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统。使用本发明提供的方法与系统，能够实时连续监测地下工程施工中围岩孔隙水压力变化数据，并将孔隙水压力变化数据实时连续传输到远程监测主机，根据孔隙水压力数据的逐级变化，完成地下工程施工突水突泥远

9、程数字智能预警。0004本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法，包括下述步骤A选择被研究的地下工程作业区作为地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统系统实施的对象；收集被研究的地下工程作业区域围岩工程地质参数以及围岩突水突泥性等水力学参数，收集地下工程作业区设计参数信息资料；B基于步骤A收集的围岩工程地质参数、围岩突水突泥性等水力学参数以及设计参数信息资料；远程计算机基于连续介质快速拉格朗日分析程序FLAC3D之流体固体相互作用分析技术原理、地下水动力学理论以及地下工程作业区围岩水力学特性，建立地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型；C远

10、程计算机基于VTKVISUALIZATIONTOOLKIT商业软件系统，建立地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台；D在地下工程作业区上、中、下部位安装孔隙水压力计，采集孔隙水压力数据，将实时监测数据传输并加载到远程计算机地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型；E地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型将得到的实测数据，进行分析，通过地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测的孔隙水压力值与孔隙水渗流数值模型给出的孔隙水压力阈值进行比较分析后，对围岩孔隙水压力变说明书CN102691524A2/3页4化情况进行分级预警，预警信息通过与远程计算机连接的短信

11、模块，以手机短信方式发送至现场施工管理相关人员以及地面管理人员的手机，从而完成地下工程施工突水突泥远程数字智能预警。0005一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，包括多个孔隙水压力计；其特征在于还包括依次连接的自动化数据采集仪、GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站、互联网及远程计算机；自动化数据采集仪输入端有线连接孔隙水压力计；自动化数据采集仪输出端无线连接GPRS静态数据采集仪，GPRS静态数据采集仪、通信发射基站、商用卫星、通信接收基站与互联网之间依次无线信号通讯连接，互联网与远程计算机连接，远程计算机连接有F2003GSMDTU短信模块，F2003GSMD

12、TU短信模块与数个手机无线信号通讯连接。0006依据地下工程实际情况，确定孔隙水压力计的布设。本发明提供了一种将基于孔隙水压力计的地下工程围岩突水突泥远程数字智能预警与地下工程施工过程相结合的技术。使施工管理相关人员根据预警信息及时采取预防措施，提高施工安全性。附图说明0007图1是地下工程作业区内孔隙水压力计、自动化数据采集仪以及GPRS静态数据采集仪布置纵断面图，图2是地下工程作业区内孔隙水压力计布置横断面图，图3是本发明的结构与数据采集传输示意图。0008图中1孔隙水压力计，2自动化数据采集仪，3GPRS静态数据采集仪，4施工区间，5掌子面，6初级支护体，7地下工程作业区围岩临空面，8商

13、用卫星，9通信发射基站，10互联网，11远程计算机，12F2003GSMDTU短信模块，13手机，14通信接受基站。0009具体实施方式系统实施例如图1、图2与图3所示一种地下工程施工突水突泥远程数字智能预警系统，包括多个孔隙水压力计1，还包括依次连接的自动化数据采集仪2、GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站9、商用卫星8、通信接收基站14、互联网10及远程计算机11；多个孔隙水压力计1连接在一根主连接线上，主连接线与自动化数据采集仪2输入端相连接；自动化数据采集仪2输出端无线连接GPRS静态数据采集仪3，GPRS静态数据采集仪3、通信发射基站14、商用卫星8、通信接收基站14与互联网10之

14、间依次无线信号通讯连接，互联网10与远程计算机11连接，远程计算机11连接有F2003GSMDTU短信模块12，F2003GSMDTU短信模块12与数个手机13无线信号通讯连接。0010隧道施工过程中，通常包括施工区间4与掌子面5，地下工程作业区围岩临空面7的下面设置初级支护体6。图1示出孔隙水压力计1布设情况；在施工区间4设置多个孔隙水压力计1，施工区间4还设置自动化数据采集仪2和GPRS静态数据采集仪3。0011图2示出孔隙水压力计1在隧道横断面的布设方式，孔隙水压力计1设置在隧道拱顶、拱腰以及拱脚。0012远程计算机11建立有地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型以及地下工说明书CN1

15、02691524A3/3页5程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台。地下工程作业区特定围岩孔隙水渗流数值模型的建立是基于FLAC3D流体固体相互作用分析技术原理、地下水动力学理论以及地下工程作业区围岩水力学特性。地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台基于VTKVISUALIZATIONTOOLKIT商业软件系统。0013方法实施例（1）选择一地下工程作业区作为地下工程施工突水突泥远程数字智能预警方法与系统系统实施的对象；收集该施工区域围岩工程地质参数以及围岩突水突泥性等水力学参数，收集地下工程作业区设计参数信息资料；（2）以步骤（1）所得到的施工区域围岩工程地质参数以及围岩突

16、水突泥性等水力学参数，地下工程作业区设计参数信息资料为基础；远程计算机基于FLAC3D之流体固体相互作用分析技术原理、地下水动力学理论以及地下工程作业区围岩水力学特性，建立预警系统实施对象区域围岩特定孔隙水渗流数值模型；（3）远程计算机基于VTKVISUALIZATIONTOOLKIT商业软件系统，建立地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台；（4）地下工程作业区施工中，依据地下工程实际情况同步安装孔隙水压力计1，采集孔隙水压力数据，并将实时监测数据通过自动化数据采集仪2发送至GPRS静态数据采集仪2，再通过GPRS静态数据采集仪3附近通信发射基站9发至商用卫星8，之后传输到其他通信

17、接收基站14，并进入互联网10传输到远程计算机11并调用特定围岩孔隙水渗流数值模型；（4）围岩特定孔隙水渗流数值模型将得到的实测数据，进行分析，通过地下工程施工突水突泥远程数字三维可视化安全预警平台进行展现；并将实测孔隙水压力值与围岩特定孔隙水渗流数值模型给出的孔隙水压力阈值进行比较分析后，对围岩孔隙水压力变化情况进行分级预警，预警信息通过与远程计算机连接的短信模块，以手机短信方式发送至现场施工管理相关人员以及地面管理人员的手机，从而完成地下工程施工突水突泥远程数字智能预警。说明书CN102691524A1/2页6图1图2说明书附图CN102691524A2/2页7图3说明书附图CN102691524A