基于信息化施工和智能化管理的隧道工程监测与安全评价

针对隧道工程建设中海量信息的低管理效率、监测数据的不准确分析和结构安全的未及时预警预报，基于信息化施工思想和智能化管理方法，运用计算机、网络和可视化技术集成研发了具有先进性、可靠性和通用性的隧道工程智能监测及安全评价系统。通过工程实践应用，本系统能够实现海量数据的集成化管理、监控信息的智能化预测、施工风险的信息化预警预报、二衬支护时机的系统化评判和工作报告的人性化生成，从而显著地提高了隧道施工安全和建设质量，并切实加强了动态设计和实时优化，也为高效精细化管理提供了可靠的理论依据和技术支撑。     

瓦斯隧道瓦斯自动监测系统传感器的选择与设置

瓦斯隧道现代化安全监测监控系统,是加强瓦斯隧道安全生产管理工作的重要物质和技术保障,同时也是防止瓦斯爆炸事故发生、实现安全生产现代化管理的必要手段。在瓦斯危害严重的隧道中,矿井瓦斯自动监测系统已普遍采用。为了提高瓦斯隧道施工的技术管理水平,作者结合工程实际,就瓦斯自动监测系统中传感器的选择与设置方面提出了一些自己的看法。     

施工过程中隧道监测智能系统设计

隧道智能化,信息化已经成为今后隧道发展的重要方向,而在隧道施工监控量测过程中,量测的方法和自动化程度有待提高。本文基于此设计一套隧道施工过程中的智能监控系统,达到完善隧道施工现场监控量测的目的。监控系统将单片机处理器系统、FBG传感器、无线手机模块、CAN总线串行通信,配合编程语言,采用软硬件相结合的方式来实现数据的采集、存储以及最后的PC机通信。对这些实时数据进行处理分析,判断隧道围岩的工作状况,为隧道动态施工及设计更好地服务。     

新型智能衬砌台车施工自动控制系统研究与应用

为减少隧道二次衬砌空洞、裂缝、掉块等病害，解决普通衬砌台车在隧道衬砌施工中存在的搭接部位易损坏、浇筑量状况不能有效监控、拱顶不能有效振捣等问题，结合新型智能衬砌台车功能设计方案和传统施工工艺，基于引进信息化、智能化设计理念，研发出一套集成台车浇筑状况、台车布料系统、振捣系统、顶部压力监测、搭接监测系统、液压系统、侧部压力监测、行走控制系统、衬砌数据报表等功能的新型智能台车施工自动控制系统，并应用在张吉怀铁路1标吉首隧道。结果表明： 该系统可实现衬砌施工自动化、信息化和智能化，极大提高衬砌施工自动化水平，降低工人劳动强度，有效减少衬砌背后空洞，提高衬砌施工质量。     

高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例

为实现郑万高速铁路湖北段隧道安全、快速、高质量修建,开展全工序大型机械配套条件下的施工技术、结构设计和信息化管理等一系列探索和创新:1)形成一套基于大型机械化的超前地质预报、掌子面超前预加固、隧道全断面机械开挖工法、初期支护机械化施工、宽幅防水板作业台车铺装和智能衬砌台车的全断面机械化施工技术; 2)基于机械化施工技术,建立隧道围岩稳定性分级方法,并在新奥法理念指导下,优化隧道支护结构设计参数; 3)建立隧道施工管理系统、施工信息采集系统、施工安全管理系统、混凝土拌合站质量管理系统、质量信誉评价系统以及施工动态管理系统等,以对隧道施工进行信息化管理。最后,在隧道机械化、信息化修建技术的基础上,从隧道支护体系智能动态设计系统、隧道支护体系智能机器人施工技术和隧道结构智能化监测系统等方面对隧道智能化修建技术进行探索和展望,以期将我国隧道建设水平推向新高度。     

瓦斯监测系统在隧道施工中的应用

基于瓦窑岭高瓦斯隧道在施工过程中瓦斯监测系统的应用,重点介绍了瓦斯监测系统的设备组成、系统布局、系统配置和施工中的具体应用。在施工过程中采用人工瓦斯检测和瓦斯监测系统相互配合,对整个施工过程进行现场实际监测,使施工中瓦斯浓度得到有效控制,保证施工环境安全。最终总结得出瓦斯监测系统的应用对指导高瓦斯隧道施工的重要性。     

隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向

复杂的不良地质条件是制约隧道安全高效建设的主要因素,要实现隧道工程的安全高效建设,首先要提高地质预测预报技术水平及其信息化程度。1)介绍我国复杂不良地质隧道超前预报的方法进展及其应用,包括突水突泥灾害源超前探测方法与设备、断层破碎带超前预报、城市地铁溶洞和孤石等探测的进展及应用等;2)介绍我国隧道岩爆监测预警方法及其应用,预报清楚之后就要加强安全风险过程监控;3)介绍基于BIM技术的建筑物(隧道工程)安全风险监控最新进展,包括安全风险实时感知系统和实时预警系统;4)指出隧道工程建设信息化技术的发展方向,包括开展基于大数据技术的TBM/盾构施工的分析与控制研究以及数字隧道向智慧隧道(建设和运营维护)的发展。     

瓦斯隧道施工中瓦斯自动监测系统的设备选型及应用

瓦斯隧道施工过程中，瓦斯监测是一项重要的安全技术措施，为了提高瓦斯隧道施工的技术管理水平，在瓦斯危害严重的隧道已普遍采用矿井瓦斯自动监测系统进行瓦斯监测，笔者就瓦斯自动监测系统的设备选型提出了自己的看法，并结合工程实例提出了三点建议。     

肖家坡高瓦斯隧道施工安全技术探讨

结合肖家坡隧道工程的具体情况,介绍了瓦斯隧道的界定与分级、瓦斯突出性预测与防治、瓦斯监测、施工通风、钻爆施工和开挖与支护等高瓦斯隧道施工安全技术要点,提出了相应的包括施工安全保证体系、施工安全责任制度、施工人员安全教育与培训和施工设备安全检查等在内的施工安全管理制度,保证了高瓦斯隧道施工的安全。     

基于全生命周期信息和BIM的隧道运维决策支持系统

针对公路隧道运维管理对象众多、信息分散异构、时空特性复杂等导致管理决策困难的问题,从隧道全生命周期信息出发,建立隧道可视化智能决策系统。系统以标准化、可视化和智能化为设计原则,以隧道BIM运维模型为基础,通过标准化编码和信息映射表实现设计、施工和运维的多源信息集成,由感知层、网络层、数据层、分析层和交互层组成,利用智能分析技术实现结构健康评估和病害追溯、设备异常发现和故障诊断、养护决策优化等功能,通过三维图形化引擎与用户交互,帮助用户快速掌握现场情况,获取自动辅助决策结果,提高运维工作效率和质量。将该决策支持系统应用在上海大连路隧道工程中,可帮助隧道管理者更快速、清晰地了解隧道运营状况,提供运营养护的辅助决策建议,取得了很好的应用效果。     

隧道无线健康监测系统环境敏感性分析

随着隧道运营时间的不断增加,在行车荷载、地质和水文条件变化、材料老化、周围环境施工等共同作用下,隧道结构会出现不同程度病害。隧道病害具有时间和空间随机特性。介绍采用隧道无线健康监测系统对隧道健康状况进行监测。隧道无线健康监测系统由无线传感器、中继器、基站和用户端组成,采用ZigBee技术实现监测数据无线传输。无线健康监测技术具有布置灵活、安装方便、便于维护管理等特点。对空旷场地、有遮挡场地和运营隧道等不同场地条件下的无线传感器传输距离和组网能力进行测试和研究,结果表明：中继器与无线传感器的相对位置对传输距离有显著影响,隧道内无线传感器的传输距离不低于100m;无线传感器自组网能力强,可以实现相互中继。     

智慧城市下的智慧窨井监测系统的应用

针对智慧城市建设中各种市政管线窨井井盖丢失、移位、管道溢流、井内有害气体聚集而伴随的安全隐患问题, 探索一种具备信息化管理、智慧化监控、精准化调度的功能的智慧窨井监测系统,该系统能及时快速处理问题,提高城市管理效率。智慧窨井监测系统主要包含井盖监测、水位监测、环境温湿度、流量监测、可燃/有害气体监测、水质检测、视频监测等,根据窨井的性质与需求选择监测类别,超限发出预警,及时发送报警信息至平台或相关运维人员的手机APP。实现“一张图”实时对窨井的全过程管控与危害处理,做到全面管控,智慧监管。     

基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统

针对城市立交桥运营期间的结构健康监测问题,基于LoRa无线网络技术设计并研发了城市立交桥远程监测数据采集系统,并进行了工程应用。系统以物联网架构为基础,由安装于城市立交桥现场的传感器数据采集节点、无线传输节点和部署在云端的监测云平台的3部分组成。现场设备通过LoRa技术以星形拓扑结构进行无线组网,将采集的监测数据远程上传至云平台,最终实现了监测数据的自动采集、无线传输、远程监控、智能预警的全功能流程。监测结果表明,基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统对提高城市桥梁运营期间的安全管理水平具有积极意义。     

基于无线网络的车载诊断系统开发

为了有效地控制汽车尾气排放,基于ZigBee技术开发了车载诊断OBD系统,提出了系统总体设计方案,建立了车载监测数据库,选用MC9S08GT60微控制器和MC13192无线模块构建了无线网络通信的硬件平台,借助BeeKit无线连接工具包生成工程文件,在CodeWarrior IDE开发环境下设计了监测站协调器组网程序、车载终端设备的组网程序和氧传感器电压信号收发程序。试验结果证明,该系统完成了监测站协调器和车载终端之间的数据交换,并把数据传送到监测站计算机,实现了OBD系统的无线网络化。     

基于无线射频技术的汽车轮胎胎压监测系统研究

胎压异常严重威胁着交通安全,随时会造成交通事故,是汽车安全问题上的一个关键点。针对这个现象,本设计提出了一种基于51单片机的汽车胎压监测系统,以此来实现监测胎压异常的功能。本次设计是以STC89C52单片机为核心,气压传感器、无线传输模块、LCD为主要器件,设计一块接收模块和一块采集模块。将带有压力传感器的采集模块置入汽车轮胎内,通过无线传输技术,将胎压传输至车内的接受模块,并LCD上显示出来,以供驾驶员观察胎压情况,若当前胎压超出报警阈值,可进行声光报警提升,实现了对汽车轮胎的压力实时监测并报警提示。     

无线传感网络技术在隧道变形与防灾监测中的应用研究

针对当前隧道结构变形与防灾监测手段存在的不足,对无线传感网络在隧道工程应用的可行性进行试验研究,提出一种基于材料力学的新型监测位移方法,结合不同的监测位置,建立相应的位移-倾角变化量的量测方程。通过室内管片加载试验,验证了新型位移监测方法的可行性和无线传感网络的稳定性,借助软件Smartfire进行了隧道火灾数值模拟试验,针对火灾温度场的分布情况,提出合理的监测距离和监测精度。通过室内试验和数值模拟,对无线传感网络的硬件及布置方案均提出相关指标,以满足工程实时监测要求。     

铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望

为配合郑万高铁实施的基于全工序机械化配套的隧道安全、快速、高质量修建技术，针对超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌等关键工序开发系列化智能装备，并系统性地总结和提炼钻爆法隧道智能建造装备的4大支撑技术，即围岩参数识别与处理系统、三维空间定位与量测系统、大数据处理与共享系统、智能控制决策系统，是实现隧道全生命周期智能化的基础与前提； 同时，运用先进的传感技术、互联网、大数据分析和人工智能技术，研究施工协同管理平台，借助隧道大容量通信网络和隧道智能建造协同管理平台，实现隧道内装备与装备、装备与环境、装备与围岩的互联互通互动，为隧道智能建造提供装备保障。     

新一代公路（道路）隧道机电设备综合管控系统设计

为解决当前隧道机电设备种类繁多，软件系统独立，应急处置时需人工操作多系统实现设备联动控制，以及设备缺乏预防性养护的问题，依托物联网、云计算等先进技术，建设隧道机电设备综合管控系统。系统主要功能如下： 1）将隧道外场机电设备分为PLC控制设备和非PLC控制设备，针对不同类型的设备采取不同的数据采集手段，实现对隧道机电设备状态的监测与故障报警; 2）根据相关规范要求，结合交通事件发生位置与区域影响，制定机电设备联动控制应急预案，实现隧道交通综合管控与交通诱导; 3）采集机电设备历史养护数据，依托云平台提供的大数据技术，对海量历史检测数据进行数据清洗与分析，重点关注检测数据存在异常变动的机电设备，实现机电设备“预防性养护”与差异化清洁维护。通过建立该系统，实现隧道运维阶段的智能化和信息化, 提高运营经济效益，提升隧道安全运营管理水平。     

基于工业以太网的隧道施工通风环境参数自动监控系统研究

为提高隧道施工通风系统自动化、信息化水平,提出了一种基于工业以太网络的隧道施工通风监控系统结构框架。系统由上位工控机、下位1200系列PLC及相关模块和传感器组成。工控机中采用Win CC软件编写监控程序,实现隧道施工环境与工作参数的实时监测;采用神经网络算法对现场数据进行学习,得到变频器输出频率的控制规律;1200PLC通过485电缆读取传感器数据;1200PLC和工控机之间通过以太网网线、光纤和无线局域网构成工业以太网络,实现系统环境参数和工作参数的共享。系统在天目山隧道施工通风项目部进行了调试与测试,结果表明:1)1200PLC可以采用485电缆和Modbus协议在掌子面施工环境下顺利读取多个传感器的数据;2)可以采用无线WIFI技术实现衬砌台车两端信息的稳定、可靠传输;3)可以采用神经网络模型实现施工隧道环境参数与风机频率之间的非线性映射。