一种隧道应力智能预警方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种隧道应力智能预警方法和系统，涉及隧道安全技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种隧道应力智能预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及隧道安全
，尤其涉及一种隧道应力智能预警方法和系统
。

技术介绍

[0002]在盾构机掘进过程中，盾构管片不仅是隧道建设中不可或缺的组成部分，而且具有非常重要的支撑隧道壁面和保证隧道稳定的作用，如果隧道应力过大或不均匀可能会造成管片掉落甚至隧道坍塌
。
为了保证整个隧道施工和使用的安全性，需要及时检测隧道应力的情况，并在应力过大或不均匀时发出预警
。
根据相关技术，对隧道应力的检测需要人工去检测，需要面对大量的管片，耗费大量的人力物力和时间，造成检测困难，难以保证隧道施工和使用的安全性
。
[0003]公开于本申请
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种应力智能预警方法和系统，能够解决隧道应力检测过程需要投入大量人力物力以及时间的技术问题
。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种隧道应力智能预警方法
,
包括：盾构机掘进过程中，在盾构机后方铺设的盾构管片内部设置第一应力传感器，并在相邻盾构管片之间的缝隙中设置第二应力传感器，其中，所述相邻盾构管片处于相同的隧道深度，相同隧道深度的盾构管片组成盾构管片组；确定所述第一应力传感器在隧道截面上所处位置的第一角度信息，其中，所述第一角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第一应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；确定所述第二应力传感器在隧道截面上所处位置的第二角度信息，其中，所述第二角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第二应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；根据所述第一角度信息和所述第二角度信息，确定与当前隧道深度上的盾构管片的铺设角度相同的目标盾构管片；根据所述第一角度信息
、
所述第二角度信息
、
所述当前隧道深度上的多个盾构管片的第一应力传感器采集的第一应力数据和第二应力传感器采集的第二应力数据，以及目标盾构管片的第一应力传感器采集的第三应力数据和第二应力传感器采集的第四应力数据，确定当前隧道深度上的多个盾构管片的应力安全分数；根据所述应力安全分数，生成应力预警信息
。
[0006]根据本专利技术的第二方面，提供一种种隧道应力智能预警系统，包括：传感器设置模块，在盾构机掘进过程中，在盾构机后方铺设的盾构管片内部设置
第一应力传感器，并在相邻盾构管片之间的缝隙中设置第二应力传感器，其中，所述相邻盾构管片处于相同的隧道深度，相同隧道深度的盾构管片组成盾构管片组；第一角度信息获取模块，确定所述第一应力传感器在隧道截面上所处位置的第一角度信息，其中，所述第一角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第一应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；第二角度信息获取模块，确定所述第二应力传感器在隧道截面上所处位置的第二角度信息，其中，所述第二角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第二应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；目标盾构管片确定模块，根据所述第一角度信息和所述第二角度信息，确定与当前隧道深度上的盾构管片的铺设角度相同的目标盾构管片；应力安全分数确定模块，根据所述第一角度信息
、
所述第二角度信息
、
所述当前隧道深度上的多个盾构管片的第一应力传感器采集的第一应力数据和第二应力传感器采集的第二应力数据，以及目标盾构管片的第一应力传感器采集的第三应力数据和第二应力传感器采集的第四应力数据，确定当前隧道深度上的多个盾构管片的应力安全分数；应力预警信息生成模块，根据所述应力安全分数，生成应力预警信息
。
[0007]技术效果：根据本专利技术，可通过设置在盾构管片内部的第一应力传感器和设置在盾构管片之间的第二应力传感器，来采集当前隧道深度上的盾构管片的应力数据，并基于与当前隧道深度上的盾构管片安装角度相同的盾构管片的应力数据，来判断当前隧道深度上的盾构管片的应力是否过大，以及应力是否均匀，可减少人工检测所消耗的时间和人力，提升隧道施工和使用的安全性
。
在确定管片内应力趋势安全性评分和管片间应力趋势安全性评分时，可以根据第一角度信息相同的第一应力传感器采集到的所述第一应力数据和所述第三应力数据，确定管片内应力趋势安全性评分，评价管片内应力趋势安全性，根据第二角度信息相同的第二应力传感器采集到的所述第二应力数据和所述第四应力数据，确定管片间应力趋势安全性评分，评价管片间应力趋势安全性
。
可以更加准确高效的检测到隧道应力的过大或不均匀的情况
。
并且可以在管片内应力或间应力过高，破碎风险较大时将条件函数的值设为0，使得管片内应力趋势安全性系数或管片间应力趋势安全性系数迅速降低，并通过当前隧道深度的管片内应力或管片间应力与应力阈值之间的余量来表示应力趋势安全系数，使管片内应力趋势安全性评分或管片间应力趋势安全性评分更客观的表示遂道内盾构管片的趋势安全性，并可根据所述第一应力传感器或第二应力传感器在隧道截面的高度为管片的内应力趋势安全性或管片的间应力趋势安全性进行加权求和，可以客观反映不同的隧道截面的高度对管片的内应力趋势安全性或管片的间应力趋势安全性的重要性，提升管片内应力趋势安全性评分或管片间应力趋势安全性评分的准确性和客观性
。
在确定管片内应力均匀安全性评分和管片间应力均匀安全性评分时，可根据权值求解所述第一应力向量和第三应力向量，并将二者的余弦相似度最小值作为管片内应力均匀安全性评分，根据权值求解第二应力向量和第四应力向量，并将二者的余弦相似度最小值作为管片间应力均匀安全性评分
。
在第一应力向量
、
第三应力向量
、
第二应力向量和第四应力向量中，可通过加权来客观反映不同角度的应力的重要性，并可通过余弦相似度最小值来确定应力的整体一致性和均匀性，从而提升管片间应力均匀安全性评分和管片内应力均匀安全性评分的准确性和客观性
。
[0008]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本专利技术
。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本专利技术的其它特征及方面将更清楚
。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例，图1示例性地示出根据本专利技术实施例的种隧道应力智能预警方法的流程示意图；图2示例性地示出根据本专利技术实施例的种隧道应力智能预警方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种隧道应力智能预警方法，其特征在于，包括：在盾构机掘进过程中，在盾构机后方铺设的盾构管片内部设置第一应力传感器，并在相邻盾构管片之间的缝隙中设置第二应力传感器，其中，所述相邻盾构管片处于相同的隧道深度，相同隧道深度的盾构管片组成盾构管片组；确定所述第一应力传感器在隧道截面上所处位置的第一角度信息，其中，所述第一角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第一应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；确定所述第二应力传感器在隧道截面上所处位置的第二角度信息，其中，所述第二角度信息为所述隧道截面的圆心与所述第二应力传感器所处位置的连线，与所述隧道截面的圆心与隧道截面最低点的连线之间的夹角；根据所述第一角度信息和所述第二角度信息，确定与当前隧道深度上的盾构管片的铺设角度相同的目标盾构管片；根据所述第一角度信息
、
所述第二角度信息
、
所述当前隧道深度上的多个盾构管片的第一应力传感器采集的第一应力数据和第二应力传感器采集的第二应力数据，以及目标盾构管片的第一应力传感器采集的第三应力数据和第二应力传感器采集的第四应力数据，确定当前隧道深度上的多个盾构管片的应力安全分数；根据所述应力安全分数，生成应力预警信息
。2.
根据权利要求1所述的隧道应力智能预警方法，其特征在于，根据所述第一角度信息
、
所述第二角度信息
、
所述当前隧道深度上的多个盾构管片的第一应力传感器采集的第一应力数据和第二应力传感器采集的第二应力数据，以及目标盾构管片的第一应力传感器采集的第三应力数据和第二应力传感器采集的第四应力数据，确定当前隧道深度上的多个盾构管片的应力安全分数，包括：根据第一角度信息相同的第一应力传感器采集到的所述第一应力数据和所述第三应力数据，确定管片内应力趋势安全性评分；根据第二角度信息相同的第二应力传感器采集到的所述第二应力数据和所述第四应力数据，确定管片间应力趋势安全性评分；根据所述第一角度信息
、
所述第一应力数据和所述第三应力数据，确定管片内应力均匀安全性评分；根据所述第二角度信息
、
所述第二应力数据和所述第四应力数据，确定内应力均匀安全性评分；根据所述管片内应力趋势安全性评分
、
所述管片间应力趋势安全性评分
、
所述管片内应力均匀安全性评分和所述管片间应力均匀安全性评分，获得所述应力安全分数
。3.
根据权利要求2所述的隧道应力智能预警方法，其特征在于，根据第一角度信息相同的第一应力传感器采集到的所述第一应力数据和所述第三应力数据，确定管片内应力趋势安全性评分，包括：确定第一角度信息相同的各个第一应力传感器的隧道深度；根据所述隧道深度，对所述第一应力数据和所述第三应力数据进行拟合，获得与所述第一角度信息对应的管片内应力与隧道深度之间的第一关系函数；
根据公式 确定与第
i
个第一角度信息对应的管片内应力趋势安全系数，其中，为管片内应力阈值，为与第
i
个第一角度信息对应的第一应力数据，为当前隧道深度，为盾构管片组成的盾构管片组之间的深度差，为与第
i
个第一角度信息对应的第一关系函数，为与第
i
个第一角度信息对应的第一关系函数的导函数，
i
为正整数；根据公式确定所述管片内应力趋势安全性评分，其中，为第
i
个第一角度信息，
N
为盾构管片组内的盾构管片数量
。4.
根据权利要求2所述的隧道应力智能预警方法，其特征在于，根据第二角度信息相同的第二应力传感器采集到的所述第二应力数据和所述第四应力数据，确定管片间应力趋势安全性评分，包括：确定第二角度信息相同的各个第二应力传感器的隧道深度；根据所述隧道深度，对所述第二应力数据和所述第四应力数据进行拟合，获得与所述第二角度信息对应的管片间应力与隧道深度之间的第二关系函数；根据公式 确定与第
j
个第二角度信息对应的管片间应力趋势安全系数，其中，为管片间应力阈值，为与第
j
个第二角度信息对应的第二应力数据，为当...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐相利，许君，任大勇，宫云鹏，
申请(专利权)人：中煤隧道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：