一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及其工作方法，該裝置包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器、微型數(shù)據(jù)采集裝置、可視化顯示終端、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置。本發(fā)明裝置及其工作方法能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地采集地鐵盾構(gòu)隧道管片鋼筋應(yīng)力值和混凝土應(yīng)變值，一方面將采集到的結(jié)果在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以便于隧道內(nèi)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)觀測(cè)，另一方面采用光色預(yù)警的方式實(shí)現(xiàn)管片應(yīng)力的實(shí)時(shí)預(yù)警，滿足了隧道內(nèi)工作人員實(shí)時(shí)掌握管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)信息的要求，并實(shí)現(xiàn)了自主安全預(yù)報(bào)警。
【專利說明】—種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地鐵作為城市公共交通系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，目前正處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段，其需求量還在與日俱增。盾構(gòu)法施工以其自動(dòng)化程度高、施工速度快、不受氣候影響、對(duì)地面建筑物和路面交通的影響較小等特點(diǎn)在地鐵建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于地質(zhì)水文條件的復(fù)雜性，盾構(gòu)施工存在一定風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)始發(fā)、接收、穿越風(fēng)井、聯(lián)絡(luò)通道等重要區(qū)段的施工會(huì)造成管片受力的變化，引起管片變形，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致隧道涌水涌砂甚至隧道破壞，發(fā)生災(zāi)難性的后果。在施工期對(duì)管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力的進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和預(yù)警，可以有效地監(jiān)控隧道結(jié)構(gòu)的安全性，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。另外，在運(yùn)營期內(nèi)對(duì)管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，可以為隧道結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的評(píng)估提供依據(jù)。
[0004]目前國內(nèi)外對(duì)于管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，采用的方法主要是人工測(cè)量和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)兩種方法。人工測(cè)量手段是由工人用便攜式采集儀按期對(duì)管片應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再將采集到的數(shù)據(jù)人工填入記錄表中，最后將記錄的數(shù)據(jù)與初始設(shè)置的安全值進(jìn)行比對(duì)以實(shí)現(xiàn)對(duì)管片結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)控。這種方法雖然較為經(jīng)濟(jì)，但不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而導(dǎo)致在重要區(qū)段監(jiān)測(cè)不及時(shí)，帶來對(duì)安全判斷的嚴(yán)重滯后，無法做到事前和事中控制。另外，人工測(cè)量手段是由工人擔(dān)任數(shù)據(jù)測(cè)量的主體，工人的操作不當(dāng)可能造成部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無效，從而影響對(duì)安全判斷的準(zhǔn)確性。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法是利用傳輸光纜，將管片內(nèi)布設(shè)的傳感器連入地面上的調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將數(shù)據(jù)處理后送入地面控制中心的服務(wù)端主機(jī)，由主機(jī)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析判斷。這種方法雖然彌補(bǔ)了人工測(cè)量法的一些缺陷，如實(shí)現(xiàn)管片結(jié)構(gòu)的連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、海量數(shù)據(jù)的采集、安全判斷手段的智能化等，但在實(shí)際應(yīng)用中依然存在一些不足:對(duì)于海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和可視化難以做到實(shí)時(shí)同步，更不能將這些信息第一時(shí)間在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布給所有參與施工的人員。
[0005]因此，發(fā)明一套科學(xué)、有效的管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置自動(dòng)識(shí)別、預(yù)警和控制盾構(gòu)隧道施工引起管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化所造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，具有重要的工程意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及其工作方法，該裝置能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地采集地鐵盾構(gòu)隧道管片鋼筋應(yīng)力值和混凝土應(yīng)變值，一方面將采集到的結(jié)果在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以便于隧道內(nèi)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)觀測(cè)，另一方面采用光色預(yù)警的方式實(shí)現(xiàn)管片應(yīng)力的實(shí)時(shí)預(yù)警，滿足了隧道內(nèi)工作人員實(shí)時(shí)掌握管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)信息的要求，并實(shí)現(xiàn)了自主安全預(yù)報(bào)警。[0007]本發(fā)明所述的一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置，包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器、微型數(shù)據(jù)采集裝置、可視化顯示終端、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置。
[0008]所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器，包括布設(shè)在待測(cè)管片中的振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)，用于對(duì)管片內(nèi)部鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變的監(jiān)測(cè)；該傳感器由振弦和電路部分組成，以電信號(hào)與應(yīng)力間的函數(shù)關(guān)系為基礎(chǔ)，通過振弦的振動(dòng)產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電勢(shì)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力；所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器與微型數(shù)據(jù)采集裝置間實(shí)現(xiàn)有線通訊；
所述微型數(shù)據(jù)采集裝置，用于實(shí)時(shí)采集結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的頻率、溫度數(shù)據(jù)；該裝置由接入口、信號(hào)采集模塊，包括頻率和溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，以低壓掃頻激振方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器頻率數(shù)據(jù)的采集，通過熱電偶溫度模塊實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集；所述小型數(shù)據(jù)采集裝置與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊，與結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器實(shí)現(xiàn)有線通訊；
所述可視化顯示終端，由數(shù)據(jù)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、液晶顯示屏和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；用于實(shí)時(shí)讀取多個(gè)微型數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的頻率、溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理得到鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變兩個(gè)物理量，對(duì)處理后的物理量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示；所述可視化顯示終端與微型數(shù)據(jù)采集裝置、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置實(shí)現(xiàn)無線通訊；
所述多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于實(shí)時(shí)接收可視化顯示終端傳送的應(yīng)力、應(yīng)變等物理量數(shù)據(jù)，并將基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的信號(hào)通過光纖線路最終匯總到地面指揮中心；該裝置由無線數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和光纖數(shù)據(jù)傳輸模塊三部分組成；所述多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊；
所述安全預(yù)警裝置，用于實(shí)時(shí)讀取可視化顯示終端發(fā)送的物理量數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出不同顏色的亮光實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的預(yù)警；該安全預(yù)警裝置由依次連接的信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊和亮光預(yù)警模塊組成；所述安全預(yù)警裝置與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊。
[0009]所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的輸出端與微型數(shù)據(jù)采集裝置相連，微型數(shù)據(jù)采集裝置與可視化顯示終端相連，可視化顯示終端的輸出端與多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置相連。
[0010]本發(fā)明還提供一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的安裝使用方法，包括以下步驟:
(1)選取管片，在管片合適位置布設(shè)傳感器，并預(yù)留好用于引出傳感器外接線的預(yù)埋盒，做好標(biāo)記；
(2)待測(cè)管片在隧道內(nèi)完成拼裝后，利用之前所做的標(biāo)記，找到預(yù)埋盒的位置，將傳感器的外接線連入微型數(shù)據(jù)采集裝置，并將微型數(shù)據(jù)采集裝置安裝在和其相同大小的預(yù)埋盒內(nèi)，完成數(shù)據(jù)的采集工作；
(3)匯總待測(cè)管片上傳感器編號(hào)和類型、微型數(shù)據(jù)采集裝置編號(hào)、傳感器計(jì)算參數(shù)等信息，并嵌入可視化顯示終端；在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上易于隧道內(nèi)作業(yè)人員查看的位置，安置可視化顯示終端，完成數(shù)據(jù)的二次處理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示；
(4)根據(jù)設(shè)計(jì)文件設(shè)置預(yù)警規(guī)則，將安全預(yù)警裝置安置在結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器預(yù)埋盒旁，實(shí)現(xiàn)管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力的光色預(yù)警；
(5)在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上易于懸掛固定的位置安裝固定多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，使可視化顯示終端處理后得到的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)上傳到地面的服務(wù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，為之后類似工程提供參考。
[0011]本發(fā)明還提供了一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的工作方法，其該方法包括以下步驟:
(1)在隧道內(nèi)合適位置選取待測(cè)管片，并確定管片內(nèi)部的監(jiān)測(cè)位置，在管片預(yù)制過程中完成結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的布設(shè)；
(2)待測(cè)管片在隧道內(nèi)拼裝完成后，于待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上安置微型數(shù)據(jù)采集裝置和安全預(yù)警裝置，于管片內(nèi)環(huán)面易觀察處安裝固定可視化顯示終端，并在管片內(nèi)環(huán)面易固定處安置多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備；
(3)結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器通過振弦振動(dòng)產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電勢(shì)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力；
(4)結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器外接線接入微型數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置以低壓掃頻激振方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器頻率數(shù)據(jù)的采集，通過熱電偶溫度模塊實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集；
(5)可視化顯示終端通過無線通訊方式讀取數(shù)據(jù)采集裝置上傳的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)頻率溫度數(shù)據(jù)到更為直觀的應(yīng)力或應(yīng)變數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在顯示終端外部的液晶顯示屏上；
(6)安全預(yù)警裝置嵌入了事先制定的預(yù)警規(guī)則，以無線方式接收經(jīng)可視化顯示終端處理后的應(yīng)力或應(yīng)變數(shù)據(jù)，并通過發(fā)出不同的亮光實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的安全預(yù)報(bào)警；
(7)多通道數(shù)據(jù)傳輸裝置實(shí)時(shí)接收可視化顯示終端傳送的應(yīng)力、應(yīng)變物理量數(shù)據(jù)，并將基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的信號(hào)通過光纖線路最終匯總到地面指揮中心；
上述微型數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率、可視化顯示終端接收數(shù)據(jù)和屏幕刷新頻率、安全預(yù)警裝置讀取可視化顯示終端上傳數(shù)據(jù)的頻率、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備接收轉(zhuǎn)換發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，都是一致的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在各設(shè)備間的第一時(shí)間的通訊，保證了實(shí)時(shí)可視化和預(yù)警。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述的傳感器布設(shè)的方法流程如下:
第一步，根據(jù)有關(guān)工程規(guī)范和地鐵隧道盾構(gòu)施工的相關(guān)特點(diǎn)，在隧道的最不利位置，如盾構(gòu)始發(fā)、接收處、穿越風(fēng)井處、聯(lián)絡(luò)通道處、覆土最薄處等，選擇待測(cè)管片；
第二步，對(duì)待測(cè)管片建立有限元模型，采用ANSYS等結(jié)構(gòu)分析工具對(duì)該管片結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算分析，確定傳感器布設(shè)的類型、數(shù)量和位置；
第三步，在管片預(yù)制過程中布設(shè)振弦式鋼筋計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)；待測(cè)管片鋼筋籠支起后，將鋼筋計(jì)自帶的螺紋鋼與鋼筋籠中間主筋進(jìn)行焊接，并在混凝土填筑之前于主筋順向放置混凝土應(yīng)變計(jì)，完成預(yù)埋傳感器的布設(shè)；
第四步，將傳感器引線沿管片主筋綁扎固定，并在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上安置預(yù)埋盒，用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器外接線的引出。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述的可視化顯示終端信息處理流程如下:
第一步，在隧道內(nèi)已拼裝完成的待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上易于觀察的位置固定安置可視化顯示終端；
第二步，匯總待測(cè)管片上傳感器編號(hào)、類型、初始參數(shù)、對(duì)應(yīng)的采集裝置編號(hào)等信息，并導(dǎo)入可視化顯示終端的數(shù)據(jù)處理模塊；
第三步，可視化顯示終端按照一定時(shí)間頻率接收微型數(shù)據(jù)采集裝置采集到的傳感器頻率、溫度數(shù)據(jù)；
第四步，可視化顯示終端內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)采集儀編號(hào)識(shí)別出數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的傳感器的編號(hào)和類型(鋼筋應(yīng)力計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì))以及初始參數(shù)，根據(jù)上述信息自動(dòng)選取不同物理量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到鋼筋的應(yīng)力值和混凝土的應(yīng)變值；
第五步，可視化顯示終端外表面的液晶顯示屏對(duì)處理后的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示的內(nèi)容包括傳感器編號(hào)、應(yīng)力值、應(yīng)變值三項(xiàng)，顯示屏刷新的頻率與微型數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率、可視化顯示終端接收數(shù)據(jù)的頻率一致，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化。
[0014]在上述方案中，所述的光色預(yù)警方法流程如下:
第一步，根據(jù)有關(guān)工程規(guī)范、管片在隧道中所處的位置、傳感器在管片中的位置、傳感器的類型等信息，設(shè)定預(yù)報(bào)警規(guī)則；
第二步，將設(shè)立的預(yù)警規(guī)則寫入安全預(yù)警裝置的信號(hào)處理模塊；
第三步，在用于引出傳感器外接線的預(yù)埋盒旁安裝固定安全預(yù)警裝置；
第四步，安全預(yù)警裝置按一定頻率讀取經(jīng)由可視化顯示終端處理后的物理數(shù)據(jù)，然后根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷；
第五步，如果安全預(yù)警裝置在一定時(shí)間段內(nèi)未接收最新的數(shù)據(jù)，則不會(huì)發(fā)出光亮；第六步，若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值小于等于絕對(duì)臨界值時(shí)，信號(hào)處理模塊會(huì)判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于較安全的狀態(tài)，然后觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出綠色的亮光以示安全；
第七步，若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值大于絕對(duì)臨界值，信號(hào)處理模塊會(huì)將該實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)最大值進(jìn)行比較:
(A)如果實(shí)測(cè)值不大于設(shè)計(jì)最大值，則觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出黃色亮光進(jìn)行預(yù)警提
醒；
(B)如果實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)最大值，則判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，預(yù)警模塊會(huì)發(fā)出紅色亮光進(jìn)行預(yù)報(bào)警。
[0015]本發(fā)明裝置及其方法可有效實(shí)現(xiàn)地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控和預(yù)報(bào)警，為盾構(gòu)隧道內(nèi)部作業(yè)人員提供了第一手的管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保障了作業(yè)人員的安全。本系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)高頻率數(shù)據(jù)采集:本裝置采用了高采集頻率的數(shù)據(jù)采集裝置，與傳統(tǒng)的采集方法相t匕，真正實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，減少了數(shù)據(jù)的損失，為施工參數(shù)調(diào)整、類似工程的實(shí)施，提供了很好的數(shù)據(jù)支撐；
(2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控:本裝置中采用的可視化顯示終端，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)在隧道內(nèi)部的可視化顯示，且其顯示屏數(shù)據(jù)刷新頻率與數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率一致，保證了顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性；
(3)突出預(yù)警位置的預(yù)警方式:安全預(yù)警裝置安置在預(yù)埋盒旁，根據(jù)不同的預(yù)警等級(jí)發(fā)出不同顏色亮光，作業(yè)人員可根據(jù)安全預(yù)警裝置旁的預(yù)埋盒推斷發(fā)出預(yù)警信息的管片，便于預(yù)警位置的查詢；
(4)減少工作面的占用:本裝置采用的微型數(shù)據(jù)采集裝置，可直接置于預(yù)埋盒內(nèi)，且各主要裝置間實(shí)現(xiàn)無線通訊，減少了有線線路的使用，從而最大限度節(jié)約了隧道內(nèi)的工作面，避免了對(duì)隧道內(nèi)施工作業(yè)造成不利影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置位置關(guān)系圖和信息流程圖。
[0017]圖2為本發(fā)明一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置布置斷面圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器布設(shè)方法流程圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可視化顯示方法流程圖。
[0020]圖5為本發(fā)明中管片結(jié)構(gòu)光色預(yù)警方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提出的地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置及方法，通過傳感器的振弦振動(dòng)產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電勢(shì)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力，采用高頻率低壓掃頻激振方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器頻率數(shù)據(jù)的采集，通過熱電偶溫度模塊實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集，以無線通訊方式實(shí)現(xiàn)各主要設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交流，并將數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)嵌至可視化顯示終端，實(shí)現(xiàn)物理量的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算和實(shí)時(shí)顯示，最后通過安全預(yù)警裝置發(fā)出不同顏色的亮光實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的預(yù)報(bào)警。
[0022]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1、2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的安裝流程及標(biāo)準(zhǔn)如下:
(I)制定結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器、微型數(shù)據(jù)采集裝置、可視化顯示終端、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置的現(xiàn)場(chǎng)安裝標(biāo)準(zhǔn)。在上述設(shè)備安裝過程中，需要嚴(yán)格執(zhí)行以下標(biāo)準(zhǔn):
1、對(duì)各設(shè)備要輕拿輕放，拆解、組裝要認(rèn)真、慎重；
2、鋼筋計(jì)進(jìn)行焊接時(shí)，要求主筋與鋼筋計(jì)連接桿的中心線對(duì)正，且要求采用對(duì)稱的雙綁條焊接，綁條的截面積應(yīng)為結(jié)構(gòu)鋼筋的1.5倍左右，綁條與結(jié)構(gòu)主筋和連接桿的搭接長(zhǎng)度均不少于5倍鋼筋直徑，并采用雙面焊；
3、結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器與微型數(shù)據(jù)采集裝置之間進(jìn)行接線時(shí)，線的外保護(hù)層約剝離8cm左右，而金屬絲保護(hù)層只需剝離出大約1cm，使得金屬絲外露；
4、接線時(shí)，要拿穩(wěn)設(shè)備，在將金屬絲擰入儀器接頭時(shí)，要保證金屬絲能與接頭接觸良好，同時(shí)不得擰得太緊，防止金屬絲出現(xiàn)斷損；
5、接線完成后，要及時(shí)蓋上設(shè)備外殼；
6、各儀器設(shè)備需在不影響隧道內(nèi)工作人員的正常作業(yè)和保證設(shè)備安全的前提下，選取合適位置進(jìn)行安裝固定，其中，可視化顯示終端安置在易于人員觀察的管片內(nèi)環(huán)面，多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備選取易于固定位置進(jìn)行安裝，微型數(shù)據(jù)采集裝置、安全預(yù)警裝置則固定在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上；
7、對(duì)難于固定設(shè)備的位置，可考慮定制鋼板，將設(shè)備固定在鋼板上，再用鐵絲纏繞到管片螺栓上，實(shí)現(xiàn)固定；
8、各設(shè)備的電源接口采用三芯防水插頭，線纜采用RVVP3*0.5屏蔽電源線，接入DC12V正負(fù)10%的直流電源。
[0024](2)在管片預(yù)制過程中布設(shè)振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)；待測(cè)管片鋼筋籠支起后，將鋼筋計(jì)自帶的螺紋鋼與原有鋼筋進(jìn)行焊接，焊接方式為綁條焊；按上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接，同時(shí)，鋼筋計(jì)在焊接時(shí)，鎖緊接頭應(yīng)調(diào)整朝向管片鋼筋籠里側(cè)，以免上模注漿過程中，振搗棒碰觸造成損壞；在混凝土填筑之前于主筋順向放置混凝土應(yīng)變計(jì)，做好固定措施，完成預(yù)埋傳感器的布設(shè)；做好傳感器編號(hào)的存檔記錄工作。[0025](3)在隧道內(nèi)已拼裝完成的待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上找到預(yù)埋盒位置，鑿開預(yù)埋盒的外殼，找出傳感器外接線；將外接線接入微型數(shù)據(jù)采集裝置，注意裝置內(nèi)部接口的連接次序；接線完成后，把天線接到采集裝置外部的天線接口處，以增強(qiáng)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?；給采集裝置通電，此時(shí)需注意三芯防水插頭的接口順序；完成通電后，若采集裝置外部的指示燈亮起，說明接電成功，則可將該裝置固定安裝在預(yù)埋盒內(nèi)；做好待測(cè)管片上傳感器編號(hào)、類型、初始參數(shù)、對(duì)應(yīng)的采集裝置編號(hào)等信息的記錄存檔工作。
[0026](4)選取待測(cè)管片易于隧道工作人員觀察的位置，進(jìn)行可視化顯示終端的安裝固定；將待測(cè)的整環(huán)管片中的傳感器編號(hào)、類型、初始參數(shù)、采集裝置編號(hào)信息，對(duì)應(yīng)地嵌入可視化顯示終端的數(shù)據(jù)處理模塊，以便可視化顯示終端對(duì)接收數(shù)據(jù)的識(shí)別和分類計(jì)算；在設(shè)備外部的天線接口接入天線，以增強(qiáng)無線通訊效果；給可視化顯示終端通電，注意三芯防水插頭的接口順序，完成后，若設(shè)備外部的顯示屏亮起，說明接電成功。
[0027](5)選取待測(cè)管片易于固定安裝的位置，進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的固定安置；在天線接口接入天線，以增強(qiáng)無線通訊效果；給傳輸設(shè)備通電，注意三芯防水插頭的接口順序，完成后，若設(shè)備內(nèi)部指示燈亮起，說明接電成功；及時(shí)蓋上設(shè)備外殼。
[0028](6)將預(yù)先制定的預(yù)警規(guī)則嵌入安全預(yù)警裝置的數(shù)據(jù)處理模塊，注意待測(cè)管片與安全預(yù)警裝置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；在結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器預(yù)埋盒旁固定安裝安全預(yù)警裝置，并給裝置通電，若預(yù)警裝置指示燈亮起，說明接電成功。
[0029](7)微型數(shù)據(jù)采集裝置安裝完成后，等待約5分鐘，若能聽到滴答聲說明裝置正在進(jìn)行低壓掃頻激振，也就表示裝置在正常工作，若沒有聲音發(fā)出則需要檢查裝置的各接線是否正確，若接線正確則需更換微型數(shù)據(jù)采集裝置，將原裝置返廠維修；可視化顯示終端安裝完成后，等待約5分鐘，待顯示屏刷新后，觀察顯示屏上是否有數(shù)據(jù)顯示；若無數(shù)據(jù)顯示，先按上述方法檢查微型數(shù)據(jù)采集裝置是否正常，若正常，則說明可視化顯示終端出了故障，應(yīng)返廠進(jìn)行維修；在微型數(shù)據(jù)采集裝置和可視化顯示終端都在正常的前提下，若地面服務(wù)中心接收不到數(shù)據(jù)則說明多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備出了故障，在檢查并重接線路后，依然不能恢復(fù)，應(yīng)返廠維修；安全預(yù)警裝置在超過5分鐘接收不到數(shù)據(jù)的情況下，會(huì)停止發(fā)出亮光，檢查它是否正常，也是在確定數(shù)據(jù)采集裝置和可視化顯示終端都正常的前提下的。
[0030]如附圖3所示的一種地鐵盾構(gòu)隧道管片傳感器布設(shè)方法如下:
(I)根據(jù)有關(guān)工程規(guī)范和地鐵隧道盾構(gòu)施工的相關(guān)特點(diǎn)，在地鐵隧道的重要區(qū)段選取待測(cè)管片，其中先行隧道選擇盾構(gòu)始發(fā)、穿越風(fēng)井區(qū)、下坡段、聯(lián)絡(luò)通道、覆土最薄處、盾構(gòu)接收等7處區(qū)段，后行隧道選擇下坡段、聯(lián)絡(luò)通道盾構(gòu)接收3處區(qū)段。
[0031](2)對(duì)待測(cè)管片建立有限元模型，采用ANSYS等結(jié)構(gòu)分析工具對(duì)該管片結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算分析，確定傳感器布設(shè)的類型、數(shù)量和位置。
[0032]每個(gè)斷面中挑選A塊和B塊管片各一塊分別埋設(shè)I個(gè)混凝土應(yīng)變計(jì)，在A、B、K塊管片中各埋設(shè)I個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)。其中混凝土應(yīng)變計(jì)沿環(huán)的切線方向布設(shè)，鋼筋應(yīng)力計(jì)每塊管片中部布設(shè)在內(nèi)排鋼筋上。
[0033](3)在管片預(yù)制過程中布設(shè)振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)；待測(cè)管片鋼筋籠支起后，將鋼筋計(jì)自帶的螺紋鋼與原有鋼筋進(jìn)行焊接，焊接方式為綁條焊；鋼筋計(jì)進(jìn)行焊接時(shí)，要求主筋與鋼筋計(jì)連接桿的中心線對(duì)正，且要求采用對(duì)稱的雙綁條焊接，綁條的截面積應(yīng)為結(jié)構(gòu)鋼筋的1.5倍左右，綁條與結(jié)構(gòu)主筋和連接桿的搭接長(zhǎng)度均不少于5倍鋼筋直徑，并采用雙面焊；同時(shí)，鋼筋計(jì)在焊接時(shí)，鎖緊接頭應(yīng)調(diào)整朝向管片鋼筋籠里側(cè)，以免上模注漿過程中，振搗棒碰觸造成損壞。做好傳感器編號(hào)和對(duì)應(yīng)的管片環(huán)數(shù)、管片類型的記錄工作。。
[0034]在混凝土填筑之前于主筋順向放置混凝土應(yīng)變計(jì)，做好固定措施和記錄存檔工作，完成預(yù)埋傳感器的布設(shè)。
[0035](4)將傳感器引線沿管片主筋綁扎固定，并在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上安置預(yù)埋盒，用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器外接線的引出，并給預(yù)埋盒做好標(biāo)記，方便之后對(duì)傳感器的識(shí)別。
[0036]如附圖4所示的一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可視化顯示方法如下: (I)按照上述安裝方法，完成可視化顯示終端的安裝固定工作。
[0037](2)匯總待測(cè)管片上傳感器編號(hào)、類型、初始參數(shù)、對(duì)應(yīng)的采集裝置編號(hào)等信息，對(duì)應(yīng)地嵌入可視化顯示終端的數(shù)據(jù)處理模塊，以便可視化顯示終端對(duì)接收數(shù)據(jù)的識(shí)別和分類計(jì)算。
[0038](3)可視化顯示終端以每5分鐘一次的頻率接收微型數(shù)據(jù)采集裝置采集到的傳感器頻率、溫度數(shù)據(jù)。
[0039](4)可視化顯示終端內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)采集儀編號(hào)識(shí)別出數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的傳感器的編號(hào)和類型(鋼筋應(yīng)力計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì))并提取初始參數(shù)，根據(jù)上述信息自動(dòng)選取不同物 理量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到鋼筋的應(yīng)力值和混凝土的應(yīng)變值。其計(jì)算公式如下所示:
鋼筋應(yīng)力?J^ARf+BRfC+K^fTj

混凝土應(yīng)變-.U ε =ARfWR^C 其中，R1為模數(shù)，等于頻率2/1000，單位ΗΖ，頻率數(shù)據(jù)在傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表中給出； T1為實(shí)測(cè)溫度，單位。C，在傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表中給出；
Ttj為初始溫度，單位。C，傳感器出廠前測(cè)得，為給定值；
K為溫度調(diào)整系數(shù)，單位kN/°C，為給定值；
A、B、C為多項(xiàng)式公式的計(jì)算參數(shù)，傳感器出廠前測(cè)得，給定值。
[0040](5)可視化顯示終端外表面的液晶顯示屏對(duì)處理后的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示的內(nèi)容包括傳感器編號(hào)、應(yīng)力值、應(yīng)變值三項(xiàng)，顯示屏刷新的頻率與微型數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率、可視化顯示終端接收數(shù)據(jù)的頻率一致，都為每5分鐘一次，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化。
[0041]如附圖5所示的一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)光色預(yù)警方法，如下:
(1)根據(jù)有關(guān)工程規(guī)范、管片在隧道中所處的位置、傳感器在管片中的位置、傳感器的類型等信息，設(shè)定預(yù)報(bào)警規(guī)則。其中預(yù)警的指標(biāo)包括絕對(duì)臨界值和設(shè)計(jì)最大值兩項(xiàng)，絕對(duì)臨界值和設(shè)計(jì)最大值有如下等量關(guān)系:
絕對(duì)臨界值=80%設(shè)計(jì)最大值
(2)將設(shè)立的預(yù)警規(guī)則寫入安全預(yù)警裝置的信號(hào)處理模塊。
[0042]( 3 )在用于引出傳感器外接線的預(yù)埋盒旁安裝固定安全預(yù)警裝置。
[0043](4)安全預(yù)警裝置每5分鐘讀取一次經(jīng)由可視化顯示終端處理后的物理數(shù)據(jù)，然后根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷。
[0044](5)如果安全預(yù)警裝置在5分鐘內(nèi)內(nèi)未接收最新的數(shù)據(jù)，則不會(huì)發(fā)出光亮。[0045](6)若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值小于等于絕對(duì)臨界值時(shí)，信號(hào)處理模塊會(huì)判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于較安全的狀態(tài)，然后觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出綠色的亮光以示安全。
[0046](7)若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值大于絕對(duì)臨界值，信號(hào)處理模塊會(huì)將該實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)最大值進(jìn)行比較:如果實(shí)測(cè)值不大于設(shè)計(jì)最大值，則觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出黃色亮光進(jìn)行預(yù)警提醒；如果實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)最大值，則判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，預(yù)警模塊會(huì)發(fā)出紅色亮光進(jìn)行預(yù)報(bào)警。
【權(quán)利要求】
1.一種地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置，其特征在于:包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器、微型數(shù)據(jù)采集裝置、可視化顯示終端、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置；
所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器，包括布設(shè)在待測(cè)管片中的振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)，用于對(duì)管片內(nèi)部鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)；該傳感器由振弦和電路部分組成，以電信號(hào)與應(yīng)力間的函數(shù)關(guān)系為基礎(chǔ)，通過振弦的振動(dòng)產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電勢(shì)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力；所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器與微型數(shù)據(jù)采集裝置間實(shí)現(xiàn)有線通訊； 所述微型數(shù)據(jù)采集裝置，用于實(shí)時(shí)采集結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的頻率、溫度數(shù)據(jù)；該裝置由接入口、信號(hào)采集模塊，包括頻率和溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊依次連接組成，以低壓掃頻激振方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器頻率數(shù)據(jù)的采集，通過熱電偶溫度模塊實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集；所述微型數(shù)據(jù)采集裝置與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊，與結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器實(shí)現(xiàn)有線通訊； 所述可視化顯示終端，由數(shù)據(jù)處理模塊、存儲(chǔ)模塊、液晶顯示屏和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；用于實(shí)時(shí)讀取多個(gè)微型數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的頻率、溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理得到鋼筋應(yīng)力或混凝土應(yīng)變兩個(gè)物理量，對(duì)處理后的物理量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示；所述可視化顯示終端與微型數(shù)據(jù)采集裝置、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置實(shí)現(xiàn)無線通訊； 所述多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于實(shí)時(shí)接收可視化顯示終端傳送的應(yīng)力、應(yīng)變物理量數(shù)據(jù)，并將基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的信號(hào)通過光纖線路最終匯總到地面指揮中心；該裝置由無線數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和光纖數(shù)據(jù)傳輸模塊三部分依次連接組成；所述多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊； 所述安全預(yù)警裝置，用于實(shí)時(shí)讀取可視化顯示終端發(fā)送的物理量數(shù)據(jù)信息，根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出不同顏色的亮光實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的預(yù)警；該安全預(yù)警裝置由依次連接的信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊和亮光預(yù)警模塊組成；所述安全預(yù)警裝置與可視化顯示終端實(shí)現(xiàn)無線通訊； 所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的輸出端與微型數(shù)據(jù)采集裝置相連，微型數(shù)據(jù)采集裝置與可視化顯示終端相連，可視化顯示終端的輸出端與多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、安全預(yù)警裝置相連。
2.一種如權(quán)利要求1所述的地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的工作方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)在隧道內(nèi)合適位置選取待測(cè)管片，并確定管片內(nèi)部的監(jiān)測(cè)位置，在管片預(yù)制過程中完成結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器的布設(shè)； (2)待測(cè)管片在隧道內(nèi)拼裝完成后，于待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上安置微型數(shù)據(jù)采集裝置和安全預(yù)警裝置，于管片內(nèi)環(huán)面易觀察處安裝固定可視化顯示終端，并在管片內(nèi)環(huán)面易固定處安置多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備； (3)結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器通過振弦振動(dòng)產(chǎn)生不同頻率的感應(yīng)電勢(shì)來反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力； (4)結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器外接線接入微型數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)，數(shù)據(jù)采集裝置以低壓掃頻激振方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器頻率數(shù)據(jù)的采集，通過熱電偶溫度模塊實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集； (5)可視化顯示終端通過無線通訊方式讀取數(shù)據(jù)采集裝置上傳的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)頻率溫度數(shù)據(jù)到更為直觀的應(yīng)力或應(yīng)變數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在顯示終端外部的液晶顯示屏上； (6)安全預(yù)警裝置嵌入了事先制定的預(yù)警規(guī)則，以無線方式接收經(jīng)可視化顯示終端處理后的應(yīng)力或應(yīng)變數(shù)據(jù)，并通過發(fā)出不同的亮光實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的安全預(yù)報(bào)警； (7)多通道數(shù)據(jù)傳輸裝置實(shí)時(shí)接收可視化顯示終端傳送的應(yīng)力、應(yīng)變物理量數(shù)據(jù)，并將基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的信號(hào)通過光纖線路最終匯總到地面指揮中心； 上述微型數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率、可視化顯示終端接收數(shù)據(jù)和屏幕刷新頻率、安全預(yù)警裝置讀取可視化顯示終端上傳數(shù)據(jù)的頻率、多通道數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備接收轉(zhuǎn)換發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，都是一致的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在各設(shè)備間的第一時(shí)間的通訊，保證了實(shí)時(shí)可視化和預(yù)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的工作方法，其特征在于所述的傳感器布設(shè)的方法流程如下: 第一步，根據(jù)工程規(guī)范和地鐵隧道盾構(gòu)施工的特點(diǎn)，在隧道的最不利位置，即盾構(gòu)始發(fā)、接收處、穿越風(fēng)井處、聯(lián)絡(luò)通道處、覆土最薄處，選擇待測(cè)管片； 第二步，對(duì)待測(cè)管片建立有限元模型，采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析工具對(duì)該管片結(jié)構(gòu)在不利工況下的受力進(jìn)行計(jì)算分析，確定傳感器布設(shè)的類型、數(shù)量和位置； 第三步，在管片預(yù)制過程中布設(shè)振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)；待測(cè)管片鋼筋籠支起后，將鋼筋應(yīng)力計(jì)自帶的螺紋鋼與鋼筋籠中間主筋進(jìn)行焊接，并在混凝土填筑之前于主筋順向放置混凝土應(yīng)變計(jì)，完成預(yù)埋傳感器的布設(shè)； 第四步，將振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)引線沿管片主筋綁扎固定，并在待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上安置預(yù)埋盒，用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器外接線的引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的工作方法，其特征在于所述的可視化顯示終端信息處理流程如下: 第一步，在隧道內(nèi)已拼裝完成的待測(cè)管片內(nèi)環(huán)面上易于觀察的位置固定安置可視化顯示終端； 第二步，匯總待測(cè)管片上傳感器編號(hào)、類型、初始參數(shù)、對(duì)應(yīng)的微型數(shù)據(jù)采集裝置編號(hào)信息，并導(dǎo)入可視化顯示終端的數(shù)據(jù)處理模塊； 第三步，可視化顯示終端按照一定時(shí)間頻率接收微型數(shù)據(jù)采集裝置采集到的傳感器頻率、溫度數(shù)據(jù)； 第四步，可視化顯示終端內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)采集儀編號(hào)識(shí)別出數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的傳感器的編號(hào)和類型以及初始參數(shù)，根據(jù)上述信息自動(dòng)選取不同物理量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到鋼筋的應(yīng)力值和混凝土的應(yīng)變值； 第五步，可視化顯示終端外表面的液晶顯示屏對(duì)處理后的物理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示的內(nèi)容包括傳感器編號(hào)、應(yīng)力值、應(yīng)變值三項(xiàng)，顯示屏刷新的頻率與微型數(shù)據(jù)采集裝置的采集頻率、可視化顯示終端接收數(shù)據(jù)的頻率一致，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地鐵盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力可視化預(yù)警裝置的工作方法，其特征在于所述的光色預(yù)警方法流程如下: 第一步，根據(jù)有關(guān)工程規(guī)范、管片在隧道中所處的位置、傳感器在管片中的位置、傳感器的類型信息，設(shè)定預(yù)報(bào)警規(guī)則；其中預(yù)警的指標(biāo)包括絕對(duì)臨界值和設(shè)計(jì)最大值兩項(xiàng)，絕對(duì)臨界值和設(shè)計(jì)最大值有如 下等量關(guān)系:絕對(duì)臨界值=80%設(shè)計(jì)最大值； 第二步，將設(shè)立的預(yù)警規(guī)則寫入安全預(yù)警裝置的信號(hào)處理模塊； 第三步，在用于引出傳感器外接線的預(yù)埋盒旁安裝固定安全預(yù)警裝置； 第四步，安全預(yù)警裝置按一定時(shí)間頻率讀取經(jīng)由可視化顯示終端處理后的物理數(shù)據(jù)，然后根據(jù)嵌入的預(yù)警規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)分析判斷； 第五步，如果安全預(yù)警裝置在一定時(shí)間段內(nèi)未接收最新的數(shù)據(jù)，則不會(huì)發(fā)出光亮；第六步，若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值小于等于絕對(duì)臨界值時(shí)，信號(hào)處理模塊會(huì)判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于較安全的狀態(tài)，然后觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出綠色的亮光以示安全；
第七步，若實(shí)測(cè)的應(yīng)力或應(yīng)變值大于絕對(duì)臨界值，信號(hào)處理模塊會(huì)將該實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)最大值進(jìn)行比較: (A)如果實(shí)測(cè)值不大于設(shè)計(jì)最大值，則觸發(fā)亮光預(yù)警模塊發(fā)出黃色亮光進(jìn)行預(yù)警提醒； (B)如果實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)最大值，則判斷此時(shí)管片結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，預(yù)警模塊會(huì)發(fā)出紅色亮光進(jìn)行預(yù)報(bào)警。
【文檔編號(hào)】E21D9/06GK103790632SQ201410009723
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】丁烈云, 周誠, 駱漢賓, 郭譜, 張栲, 周迎 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)