基于数据分析的隧道盾构施工岩层振动监测系统的制作方法

本发明涉及隧道盾构施工监测，具体为基于数据分析的隧道盾构施工岩层振动监测系统。

背景技术：

1、隧道盾构是在80年代开发应用了矩形隧道，在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构，并完成了多条人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、排水隧道、市政共同沟隧道等，使异形盾构技术日益成熟，异形断面隧道工程日益增多。

2、但是在现有技术中，无法对盾构结构进行分步振动监测，无法通过盾结构振动监测判断当前盾结构运行是否适宜当前运行环境，且无法判断隧道盾构施工过程中构结构的运行是否满足当前施工环境，造成隧道盾构结构施工效率降低，同时不能够对施工环境以及实时施工进度进行检测，无法保证隧道盾构施工的可行性。

3、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述提出的问题，而提出基于数据分析的隧道盾构施工岩层振动监测系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于数据分析的隧道盾构施工岩层振动监测系统，包括监测平台，监测平台通讯连接有设备端和环境端，在隧道盾构施工时，设备端生成盾结构分析信号和构结构分析信号并将其分别发送至盾结构分析模块和构结构分析模块；环境端生成施工环境分析信号和实时施工分析信号并将其分别发送至施工环境分析模块和实时施工分析模块；

4、盾结构分析模块接收到盾结构分析信号后，对当前隧道盾构施工进行盾结构振动监测分析，通过盾结构振动监测判断当前盾结构运行是否适宜当前运行环境，获取到隧道盾构施工时盾结构的振动分析系数，根据盾结构振动分析系数比较生成盾结构风险信号或者盾结构安全信号，并将其发送至设备端；

5、构结构分析模块接收到构结构分析信号后，对隧道盾构施工过程中构结构进行运行振动分析，判断隧道盾构施工过程中构结构的运行是否满足当前施工环境，获取到隧道盾构施工过程中构结构振动分析系数，根据构结构振动分析系数比较生成构结构风险信号或者构结构安全信号，并将其发送至设备端；

6、施工环境分析模块接收到施工环境分析信号后，对隧道盾构结构施工过程中进行施工环境分析，判断当前盾构结构施工带来的振动影响是否可控，通过分析生成施工环境异常信号或者施工环境正常信号，并将其发送至环境端；

7、实时施工分析模块接收到实时施工分析信号后，对隧道盾构结构进行实时施工分析，判断当前隧道盾构结构施工是否存在隐患，通过分析生成实时施工异常信号或者实时施工正常信号，并将其发送至环境端。

8、作为本发明的一种优选实施方式，盾结构分析模块的运行过程如下：

9、获取到隧道盾构施工过程中盾结构开挖停机时段与挖掘时段对应同运行阶段的振动频率差值的最大浮动跨度以及盾结构挖掘时段内同一监测点对应振动频率同增长趋势的持续时长；获取到隧道盾构施工过程中盾结构经过开挖停机时段后对应相邻挖掘时段同监测点振动频率峰值的浮动量；

10、将上述数据代入公式获取到隧道盾构施工时盾结构的振动分析系数dz；将隧道盾构施工时盾结构的振动分析系数dz与振动分析系数阈值进行比较：

11、若隧道盾构施工时盾结构的振动分析系数dz超过振动分析系数阈值，则判定隧道盾构施工时盾结构的振动分析存在风险，生成盾结构风险信号并将盾结构风险信号发送至设备端；

12、若隧道盾构施工时盾结构的振动分析系数dz未超过振动分析系数阈值，则判定隧道盾构施工时盾结构的振动分析风险影响小，生成盾结构安全信号并将盾结构安全信号发送至设备端。

13、作为本发明的一种优选实施方式，设备端接收到盾结构风险信号后，将盾结构的工作量进行降低并对盾结构进行维护，同时将当前盾结构已完成施工的隧道路段进行检测，在同时检测后盾结构振动分析正常后，设备端生成继续运行信号并将继续运行信号发送至监测平台，反之若盾结构振动分析持续异常，设备端生成停止运行信号并将停止运行信号发送至监测平台。

14、作为本发明的一种优选实施方式，构结构分析模块的运行过程如下：

15、获取到隧道盾构施工过程中构结构隧道岩层支撑面的振动频率峰值增长速度以及盾结构完成施工隧道路段原始岩层高度与构结构支撑同一路段的岩层高度对应数值差；获取到隧道盾构施工过程中构结构运行时段内盾结构同功率时刻运行时对应挖掘速度的偏差值；

16、通过分析获取到隧道盾构施工过程中构结构振动分析系数g；将隧道盾构施工过程中构结构振动分析系数g与构结构振动分析系数阈值进行比较：

17、若隧道盾构施工过程中构结构振动分析系数g超过构结构振动分析系数阈值，则判定隧道盾构施工过程中构结构运行存在风险，生成构结构风险信号并将构结构风险信号发送至设备端；若隧道盾构施工过程中构结构振动分析系数g未超过构结构振动分析系数阈值，则判定隧道盾构施工过程中构结构运行风险小，生成构结构安全信号并将构结构安全信号发送至设备端。

18、作为本发明的一种优选实施方式，设备端接收到构结构风险信号后，对构结构运行进行整顿并将盾结构的运行进行同步管控，在构结构振动分析系数风险降低后，设备端生成继续运行信号并将继续运行信号发送至监测平台，且在构结构振动分析系数风险未降低时，设备端生成停止运行信号并将停止运行信号发送至监测平台。

19、作为本发明的一种优选实施方式，施工环境分析模块的运行过程如下：

20、获取到隧道盾构结构施工过程中盾构结构振动覆盖区域土壤面积的增加跨度以及振动覆盖区域土壤接收盾构结构振动后土壤稀松度的增加速度，并将隧道盾构结构施工过程中盾构结构振动覆盖区域土壤面积的增加跨度以及振动覆盖区域土壤接收盾构结构振动后土壤稀松度的增加速度分别与面积增加跨度阈值和稀松度增加速度阈值进行比较。

21、作为本发明的一种优选实施方式，若隧道盾构结构施工过程中盾构结构振动覆盖区域土壤面积的增加跨度超过面积增加跨度阈值，或者振动覆盖区域土壤接收盾构结构振动后土壤稀松度的增加速度超过稀松度增加速度阈值，则判定隧道盾构结构施工过程中施工环境分析异常，生成施工环境异常信号并将施工环境异常信号发送至环境端；若隧道盾构结构施工过程中盾构结构振动覆盖区域土壤面积的增加跨度未超过面积增加跨度阈值，且振动覆盖区域土壤接收盾构结构振动后土壤稀松度的增加速度未超过稀松度增加速度阈值，则判定隧道盾构结构施工过程中施工环境分析正常，生成施工环境正常信号并将施工环境正常信号发送至环境端。

22、作为本发明的一种优选实施方式，环境端接收后将对应施工环境进行整顿同时通过设备端进行盾构结构运行管控，在施工环境数据数值浮动稳定时，环境端生成继续运行信号并将继续运行信号发送至监测平台；反之，在施工环境数据数值浮动无法稳定时，环境端生成停止运行信号并将停止运行信号发送至监测平台。

23、作为本发明的一种优选实施方式，实时施工分析模块的运行过程如下：

24、获取到隧道盾构结构施工过程中已完成挖掘的路段对应岩层振动频率恒定值变动频率以及隧道盾构结构施工过程中未完成挖掘路段内对应设备振动覆盖面积占比增加量，并将其分别与恒定值变动频率阈值和覆盖面积占比增加量阈值进行比较：

25、若隧道盾构结构施工过程中已完成挖掘的路段对应岩层振动频率恒定值变动频率超过恒定值变动频率阈值，或者隧道盾构结构施工过程中未完成挖掘路段内对应设备振动覆盖面积占比增加量超过覆盖面积占比增加量阈值，则判定隧道盾构结构施工过程中实时施工分析异常，生成实时施工异常信号并将实时施工异常信号发送至环境端；若隧道盾构结构施工过程中已完成挖掘的路段对应岩层振动频率恒定值变动频率未超过恒定值变动频率阈值，且隧道盾构结构施工过程中未完成挖掘路段内对应设备振动覆盖面积占比增加量未超过覆盖面积占比增加量阈值，则判定隧道盾构结构施工过程中实时施工分析正常，生成实时施工正常信号并将实时施工正常信号发送至环境端。

26、作为本发明的一种优选实施方式，环境端接收后将当前完成施工路段进行检测维护并通过设备端进行施工进度调节，并在实时施工分析正常后，环境端生成继续运行信号并将继续运行信号发送至监测平台；反之，在实时施工分析仍异常时，环境端生成停止运行信号并将停止运行信号发送至监测平台。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明中，对当前隧道盾构施工进行盾结构振动监测分析，通过盾结构振动监测判断当前盾结构运行是否适宜当前运行环境，避免盾结构的振动异常导致盾结构运行效率低下，同时防止盾结构运行异常造成隧道施工质量降低，也有效降低了隧道施工风险；对隧道盾构施工过程中构结构进行运行振动分析，判断隧道盾构施工过程中构结构的运行是否满足当前施工环境，避免构结构振动异常导致施工效率降低，造成隧道施工可行性降低，同时使得盾结构的运行成本白白浪费，直接降低了整个盾构结构的施工效率。

29、2、本发明中，对隧道盾构结构施工过程中进行施工环境分析，判断当前盾构结构施工带来的振动影响是否可控，避免当前施工环境受到盾构结构的振动影响，造成施工环境改变从而降低了隧道盾构施工的可行性，使得隧道盾构施工安全性也随之降低；对隧道盾构结构进行实时施工分析，判断当前隧道盾构结构施工是否存在隐患，避免隧道盾构结构使用效率低，造成隧道施工质量降低，且不能够保证隧道施工设备和施工人员的施工安全性。